JPH06508566A - ツイストドリル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 耐摩耗性工具 本発明は、切削および穴あけのための耐摩耗性工具および特に金属および他の物 質を機械加工するための耐摩耗性の回転式切削工具に関する。

機械産業において製作される殆ど全ての製品は、その製作の成る過程において金 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（ｍｉｌｌ ｉｎｇ）、拡掘（ｒｅａｍｉｎｇ）、ネジ切り（ｔｈｒｅａｄ　ｃｕｔｔｉｎｇ ）、ミゾ切り（ｓｌｏｔ　ｃｕｔｔｉｎｇ）および旋削（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　ｍ１ｌｌｓ）、スレッドタップ（ｔｈｒｅａｄ　ｔａｐｓ）、ス ロットドリル（ｓｌｏｔ　ｄｒｉｌｌｓ）およびリーフ　−（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（強靭性 ）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（ｔ。

ｏｌ　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防げることになる。

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■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現在では、ＰＣ Ｄ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ゎがる。

典型的には先端の末梢端近傍の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ＰＣＢＮ／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ＰＣＢ Ｎ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０．１ ５〜３．２ｍｍ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黒領域から長 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＜　ＰＣＤまたはＰＣＢＮ先鋭化ドリルおよ１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、ＰＣＤまたはＰＣＢＮの刃先を備え、このタイプの現 存の切削工具と比較して、改良された切削性能、改良された強靭性および改良さ れた耐久性を有するツイストドリルビットを提供することにある。

本発明の他の目的は、上記した如き有利な性能を有する、スロットドリル、エン ドミル、スレッドタップおよびリーマ−を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、本発明によるツイストドリルビット、スロットドリ ル、エンドミル、スレッドタップおよびリーマ−の製造法を提供することにある 。

本発明はドリルの先端の全頂部表面を実質的に越えて伸びる実質的に均一な軸周 り厚みの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０．５〜１．５ｍｍの間にある 。

本発明は、さらに、工具本体の円錐型曲面に結合したＰＣＤ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−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、次の工程二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ＰＣＤ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０．５〜１．５ｍ ｍ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 体の円錐形曲面にＰＣＤまたはＰＣＢＮ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−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−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Ｍ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、Ｐ　ＣＢ　Ｎ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（ＳＹＮＤＩＴＥ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周り厚みを有しており、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 トの先端のほぼ末梢端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靭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０．５〜１．５ｍ ｍ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靭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、ＰＣ ＤあるいはＰＣＢＮ層６を持つドリルの先端はドリルビットのシャンクを形成す る本体７の他片に鑞付けされうる。

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筒状未工作 体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。

円筒状ドリル未工作体は、ドリルの先端の中央からドリルの先端のほぼ末梢端ま で伸びる実質的に均一な厚みのほぼ凹んた（ｈｏｌｌｏｗ）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 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筒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。

典型的には、高温、高圧装置の要求は、ＰＣＤまたはＰＣＢＮ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の部分は、次いで鑞付 けあるいは他の手段によって、未工作体１１の本体の残余の部分に取り付けられ る。

第７図のスロットドリルは、ＰＣＤまたはＰＣＢＮ層３の層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ＰＣ ＢＮの層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ＰＣＢＮから実質的になる。

スロットドリルビット本体は、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１４を 装着しているスロットドリルビット先端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１ ６および実質的に均一な厚さを有し、は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層７の層よりなる。ＰＣＤまたはＰＣ ＢＮ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。

従来技術 従来技術

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. １．ドリルビットの先端の実質的に全頂部表面を越えて伸びる、実質的に均一な 軸周り厚みのＰＣＤまたはＰＣＢＮ層を備えたツイストドリルビット。
2. ２．該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 カーバイドまたは固化チタニウムカーバイドよりなるドリルビット本体に結合し ている請求項１記載のツイストドリルビット。
3. ３．該ドリルビットは、鑞付けによって一緒に結合された２つまたはそれ以上の 部品よりなる請求項１または２記載のツイストドリルビット。
4. ４．該ドリルビットの直径は、２ｍｍ以上である請求項１〜３のいずれかに記載 のツイストドリルビット。
5. ５．該ドリルビットの直径は、５ｍｍ以上である請求項１〜４のいずれかに記載 のツイストドリルビット。
6. ６．該ＰＣＤまたはＰＣＢＮ層の軸の周りの厚さは、０．１〜２．０ｍｍの範囲 である請求項１〜５のいずれかに記載のツイストドリルビット。
7. ７．該ＰＣＤまたはＰＣＢＮ層の軸の周りの厚さは、０．５〜１．５ｍｍの範囲 である請求項１〜６のいずれかに記載のツイストドリルビット。
8. ８．該先端角が約１１８°である請求項１〜７のいずれかに記載のツイストドリ ルビット。
9. ９．工具体の円錐型曲面に結合したＰＣＤまたはＰＣＢＮ層よりなり、その層は ＰＣＤまたはＰＣＢＮよりなる刃先を有するように成形されていることを特徴と するスロットドリル、エンドミル、スレッドタップまたはリーマー。
10. １０．該ＰＣＤまたはＰＣＢＮ層は、工具体の軸に対して垂直方向に測定した場 合、２．０ｍｍを超えない請求項９記載のスロットドリル、エンドミル、スレッ ドタップまたはリーマー。
11. １１．該工具体は、固化タングステンカーバイド、固化タンタルカーバイドまた は固化チタニウムカーバイドよりなる請求項９または１０記載のスロットドリル 、エンドミル、スレッドタップまたはリーマー。
12. １２．該スロットドリル、エンドミル、スレッドタップまたはリーマーは、鑞付 けによって一緒に結合された２つまたはそれ以上の部品よりなる請求項９、１０ または１１記載のスロットドリル、エンドミル、スレッドタップまたはリーマー 。
13. １３．円錐形先端を有する工具未工作体を準備し、その円錐形先端の実質的に表 面全体にＰＣＤまたはＰＣＢＮ層を結合させることによりドリル未工作体を製作 し、その層は軸の周りに実質的に均一な厚さを有しており、そしてツイストドリ ルビットにそのドリル未工作体を機械加工することを特徴とするツイストドリル ビットの製作方法。
14. １４．未工作体は、固化タングステンカーバイド、固化タンタルカーバイドまた は固化チタニウムカーバイドよりなる請求項１３記載のツイストドリルビットの 製作方法。
15. １５．ＰＣＤまたはＰＣＢＮ層の軸の周りの厚さが０．５〜１．５ｍｍの範囲で ある請求項１３または１４記載のツイストドリルビットの製作方法。
16. １６．完成したドリルの直径が少なくとも５ｍｍである請求項１３、１４または １５記載のツイストドリルビットの製作方法。
17. １７．ドリル未工作体が、ドリル未工作体とＰＣＤまたはＰＣＢＮ層とを機械加 工する前に鑞付けまたは他の手段によりシャンクに取り付けられている請求項１ ３、１４、１５または１６記載のツイストドリルビットの製作方法。
18. １８．適宜成形された工具未工作体を準備し、その工具の円錐型曲面にＰＣＤま たはＰＣＢＮ層を結合させることにより工具未工作体を製作し、そしてその工具 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 ーマーを形成させることを特徴とするスロットドリル、エンドミル、スレッドタ ップまたはリーマーの製作方法。
19. １９．工具未工作体が固化タングステンカーバイド、固化タンタルカーバイドま たは固化チタニウムカーバイドよりなる請求項１８記載の方法。
20. ２０．ＰＣＤまたはＰＣＢＮの層の厚さは、０．５〜１．５ｍｍの範囲である請 求項１８または１９記載の方法。
21. ２１．該工具体が、その工具体とＰＣＤまたはＰＣＢＮ層とを加工する前に、鑞 付けまたは他の手段により工具シャンクに取り付けられている請求項１８、１９ または２０記載の方法。
22. ２２．添付図面に関し、実質的に前記されたツイストドリルビット。
23. ２３．添付図面に関し、実質的に前記されたスロットドリル、エンドミル、スレ ッドタップまたはリーマー。
24. ２４．添付図面に関し、実質的に前記されたツイストドリルビットの製作方法。
25. ２５．添付図面に関し、実質的に前記されたスロットドリル、エンドミル、スレ ッドタップまたはリーマーの製作方法。