JPH08155947A - ダイヤモンドドリル及びその製造方法 - Google Patents

ダイヤモンドドリル及びその製造方法

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JPH08155947A
JPH08155947A JP33107694A JP33107694A JPH08155947A JP H08155947 A JPH08155947 A JP H08155947A JP 33107694 A JP33107694 A JP 33107694A JP 33107694 A JP33107694 A JP 33107694A JP H08155947 A JPH08155947 A JP H08155947A
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JP
Japan
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drill
diamond
core material
spiral groove
cutting tool
Prior art date
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JP33107694A
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English (en)
Inventor
Toshiro Furutaki
敏郎 古滝
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Namiki Precision Jewel Co Ltd
Original Assignee
Namiki Precision Jewel Co Ltd
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Publication date
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  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特殊な微細放電加工機やロウ付け処理を必要
とせず、ドリルの螺旋溝形状の加工が容易であり、なお
かつ安価で、長寿命な、加工性の良いダイヤモンドドリ
ル切削工具を提供する。 【構成】 ドリル切削工具の芯材先端部に切り粉排出の
為の螺旋溝が形成されるように、細線材をコイル状に巻
き付けて螺旋状の凹凸部を芯材外周面に形成し、その表
面上に、CVD(化学的気相合成法)を用いてダイヤモ
ンド膜を成膜させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ加工技術にお
ける精密切削工具に関するものである。さらに詳しく
は、超硬質材料及びセラミックス材料等に小径の孔明け
加工するために用いられる極小サイズの切削工具に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術および課題】従来、この種のダイヤモンド
ドリル切削工具は、刃先の耐摩耗性及びチッピングレス
等、ライフサイクルの長寿命化を狙う傾向にある。その
最も一般的な方法は、刃先にダイヤモンド焼結体を用い
るものであり、硬度,耐摩耗性,熱伝導性などに優れた
特性から、工具材料としてダイヤモンドが注目されてい
る。
【0003】しかし、逆に硬度が高いという特性のため
に、切削工具形状に成形加工するのが非常に困難である
ことが問題点として指摘されている。従来、ダイヤモン
ド焼結体の加工は、ダイヤモンド砥粒の共削りによる研
削加工、あるいはレーザー又は放電加工により成形加工
していたが、共削りによる研削加工では加工に時間がか
かりすぎコストが高く、またレーザーや放電加工では加
工変質層,マイクロクラック,チッピングなどの問題が
あるため、以前は前者方法である効率の悪い研削加工が
主に用いられていた。
【0004】一般にダイヤモンドドリルは、切削工具材
料として以前よりアルミなどの軽合金の加工ばかりでは
なく、ガラス,エポキシなどの複合材料,プリント基板
等の加工にも効果的であることが知られており、さらに
超硬合金,CBN焼結体,セラミックス等への微細加工
にも、先端部にダイヤモンド多結晶焼結体が付いたトッ
プソリッドドリルが除々に実用化され使われている。
【0005】図3はその一例で、微細放電加工機により
成形加工された極小径の焼結ダイヤモンドドリル切削工
具の刃先拡大斜視図であり、図において4はドリル先端
の切れ刃部、7は溝部、8はドリル外周のランド部をそ
れぞれ示しており、ドリル径はφ0.15mmである。焼結ダ
イヤモンドの微細放電加工は、図におけるドリル形状の
複雑さと相まって、加工手間と加工時間がかかり非常に
コスト高となる。
【0006】またこの他にも、焼結ダイヤモンドチップ
を通常の螺旋溝のある金属ドリル先端の切れ刃部に固定
するもの、さらにムクのダイヤモンド単体からなる一体
型のダイヤモンドドリルもあり、前者のチップを固定す
る切削工具の場合は、シャフト(金属芯材)へ直接ダイ
ヤチップを固定するのが困難であるため、通常、超硬合
金製台金の上に焼結ダイヤモンドを生成し、その台金と
シャフトとをロウ付けすることによりダイヤモンドチッ
プを固定している。
【0007】一般に螺旋溝タイプの切削工具の形状は、
すくい面と逃げ面の2つの面で構成されるコーナー部
(陵線)が主切れ刃部となり、この主切れ刃から削り取
られた切り粉が、逃げ面側の螺旋溝を伝わり切削箇所か
ら排出される。この排出効果が、ドリルの加工効率及び
工具寿命を決定する要因となる。
【0008】また、コーナー部(主切れ刃部)における
耐摩耗性は、焼結ダイヤモンドドリルの場合、焼結に用
いたダイヤモンドの粒径が大きい程高いが、逆にコスト
高となる。さらに高価なムクダイヤを使用するダイヤモ
ンド単体ドリルにおいては、切削ドリル部分がダイヤモ
ンド一体成形であり、刃先全体がダイヤモンドのムク材
料を使用しているので材料単価が非常に高く、さらにダ
イヤ先端形状の成形加工がきわめて困難であるという大
きな欠点があった。
【0009】同様に、焼結ダイヤモンドの場合において
も、上記ムク材料程ではないが材料単価が比較的高く、
ドリルの螺旋溝形状の加工は特殊な微細放電加工機やロ
ウ付け処理を必要とし、工具寿命がダイヤモンド単体ド
リルに劣る点もあり、特殊な加工が必要とされる用途以
外には適用されなかった。このため、このような欠点を
改良した、安価で、長寿命な、加工効率の良い、一般的
に使われる超硬ドリル並に使用できるダイヤモンドドリ
ル切削工具を提供する技術の開発が課題となっていた。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は上記従来技術の
欠点を解決するため、切削工具の芯材先端部分に切り粉
の排出の為の螺旋溝が形成されるように、細線材を芯材
先端部分にコイル状に巻き付けて螺旋状の凹凸部を外周
面に形成し、その凹凸表面上にCVD(化学的気相合成
法)を用いてダイヤモンド膜を成膜させ、螺旋溝の付い
たダイヤモンドドリルを提供するものである。
【0011】芯材の材質はタングステン,モリブデン,
ニオブ,タンタル等の高融点金属およびその合金,炭化
物,窒化物,またはケイ素,炭化ケイ素,窒化アルミ等
のCVD成膜条件に於いて母材の溶解、並びに変形をし
ないものならば全て用いることができ、形状的には図1
に示す円柱形状、及び図4に示す多角柱形状等が適用で
きる。さらに細線材質は前記高融点金属が最も加工性が
良く、螺旋状に巻き付けるにも好ましい。
【0012】またCVD法は、マイクロ波放電プラズマ
CVD法/グロ−放電プラズマCVD法/ア−ク放電プ
ラズマCVD法/熱フィラメントCVD法/燃焼炎CV
D法等の何れかの成膜方法によりダイヤモンド膜が合成
出来ればよいが、操作性から言って熱フィラメントCV
D法が最も好ましい。
【0013】
【実施例1】以下本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。図1は本発明の実施例におけるダ
イヤモンドドリル切削工具の刃先拡大斜視図であり、図
2はドリル完成までの各工程の概略図を示すものであ
る。図1において、1はドリル母体の芯材、2は螺旋状
に巻き付ける細線材であり、3は芯材1と細線材2の外
側表面を全て被覆するCVD法によるダイヤモンド膜、
4はドリル先端部分の切れ刃部、また図2において、5
はCVD装置にセットする時の保持台、6は切削加工機
側回転軸の台座を示している。
【0014】まず初めに図2(a)に示す、径と長さの異
なる3サイズのタングステン芯材1(A=φ0.6×30mm,B
=φ0.3×20mm,C=φ0.1×10mm、ただし図においては一
本のみ図示している)に、A,B,Cそれぞれに線径φ
0.1mm,φ0.05mm,φ0.01mmのタングステン製のコイル
状細線材2を螺旋状に巻き付けて仮固定し、芯材1先端
に切れ刃部4を成形加工した。
【0015】次に図2(b)に示すCVD装置の保持台5
に、先の細線材2を仮固定したタングステン芯材1(各
一本づつ)を垂直方向にセットし、A,B,Cそれぞれ
に膜厚0.1mm,0.05mm,0.015mmのダイヤモンド膜3をC
VD法により成膜し、このA,B,Cのそれぞれが孔明
け加工時に、孔径がA=φ1.0mm,B=φ0.5mm,C=φ
0.15mmとなる大きさの外周が螺旋ネジ形状のダイヤモン
ドドリルを作成した。
【0016】孔明け加工作業は、図2(c)に示す孔径0.5
mmのドリルBを回転軸台座6に取付けて、図示していな
い加工機側の回転軸部に組込んで回転中心の芯出し位置
調整を行った。加工サンプルは材質SiC、厚さ5.0mm、直
径50mmの円盤を用い、中央部分に100個の孔明け加工を
連続して繰り返し行った。この連続孔明け加工したサン
プル円盤について、1枚目から50枚目の加工したそれぞ
れの孔径を測定した結果、初期の孔径と50枚目の孔径で
は、径寸法で設定値±1μm以下のバラツキ変化しか見
られず、孔形状も変形せず安定していた。
【0017】同様に、ドリルAについても材質SiC、厚
さ10.0mm、直径100mmのサンプル円盤100枚、10000箇所
の孔明け加工を行ったが、100枚の孔径の寸法バラツキ
は±3μm以下であり孔形状の変化もなかった。また、
ドリルCにおいても同様なテストをドリルBと同じ厚み
の5.0mmについて行い、バラツキ±3μmの結果が得られ
たが、ドリルCの場合は孔径がφ0.15mmと極細であるた
め、加工サンプルの厚みは3.0mm以下の薄物に適用する
ことが望ましいことがわかった。
【0018】
【実施例2】実施例1と同様に、径と長さの異なる3サ
イズのニオブ芯材1(A=φ0.6×30mm、B=φ0.3×20mm、
C=φ0.1×10mm、各一本づつ)に、A,B,Cそれぞれ
に線径φ0.1mm、φ0.05mm、φ0.01mmのタングステン製
のコイル状細線材2を実施例1と同じく螺旋状に巻き付
け、同様にさらにもう一本、一本目の細線材2の間隙を
埋めるように螺旋状に二本目の細線材2を巻き付けて取
付けた後、細線材2二本を仮固定し、芯材1先端に切れ
刃部4を成形加工した。
【0019】次に、CVD装置の保持台5の治具に、先
の細線材2を二本に巻き付けて仮固定したニオブ芯材1
(各一本)を垂直方向にセットし、それぞれ膜厚0.1m
m、0.05mm、0.015mmのダイヤモンド膜3をCVD法によ
り成膜し、A,B,Cそれぞれが孔明け加工後、孔径が
A=φ1.0mm、B=φ0.5mm、C=φ0.15mmとなる大きさ
の外周が螺旋ネジ形状のダイヤモンドドリルを作成し
た。
【0020】孔明け加工作業は、まず孔径0.5mmのドリ
ルBを回転軸台座6に取付けて、加工機側の回転軸に組
込んで回転中心の芯出し位置調整を行った。また、加工
サンプルは材質Zr02、厚さ5.0mm、直径50mmの円盤を用
い、中央部分に100個の孔明け加工を連続して繰り返し
行った。この連続孔明け加工したサンプル円盤につい
て、1枚目から50枚目の加工したそれぞれの孔径を測定
した結果、初期の孔径と50枚目の孔径では、径寸法で設
定値±1μm以下のバラツキ変化しか見られず、孔形状
も安定していた。
【0021】同様に、ドリルAについても材質Zr02、厚
さ10.0mm、直径100mmのサンプル円盤100枚、10000箇所
の孔明け加工を行ったが、100枚の孔径のバラツキは±
3μm以下であり孔形状の変化もなかった。また、ドリ
ルCは孔径がφ0.15mmと極細であるため加工サンプルの
厚みを2.0mmとし、100枚、10000箇所の孔明け加工を行
い、寸法バラツキ±1μmという良好な結果が得られ
た。
【0022】
【発明の効果】以上のように本発明は、ドリル外周の螺
旋溝形状を金属のコイル状細線材によって形成すること
ができ、共削り研削や放電加工等の高度で複雑な加工を
必要とせず、ドリルの理想的な形状である切り粉排出の
為の螺旋溝を兼ね備えたダイヤモンドドリルを容易に作
成することができた。
【0023】さらにCVD法によりダイヤモンドドリル
全体の製造コストが軽減できることに加え、切り刃表面
が全てダイヤモンド被膜であるため非常に耐摩耗性・耐
久性に優れ、さらにまたダイヤモンド単体ドリルの欠点
であったコスト高,折れ破損等の問題が、ドリル芯材を
金属素材にすることにより、ドリル工具本体の靱性が飛
躍的に向上し、長寿命かつ取扱い作業性が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明におけるダイヤモンドドリル切削工具の
一例を示す刃先拡大斜視図。
【図2】本発明におけるダイヤモンドドリル製造工程の
完成までの各工程の概略図。
【図3】従来のダイヤモンドドリル切削工具の一例を示
す斜視図。
【図4】本発明におけるダイヤモンドドリル切削工具の
他の例を示す刃先拡大斜視図。
【符号の説明】
1 芯材 2 細線材 3 ダイヤモンド膜 4 切れ刃部 5 台座 6 保持台 7 溝部 8 ランド部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B24D 3/00 310 G 7/18 A

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】CVD法により形成されたダイヤモンド膜
    を備えてなるダイヤモンドドリルにおいて、ドリルの芯
    材材質が高融点金属,高融点金属の炭化物及び窒化物、
    または炭化ケイ素,窒化ケイ素からなり、かつドリル芯
    材の外周部に高融点金属の細線材を巻回した螺旋状の凹
    凸部を有し、さらに前記ドリル表面にCVD法によるダ
    イヤモンド膜が被覆されたダイヤモンドドリル。
  2. 【請求項2】CVD法により形成されたダイヤモンド膜
    を備えてなるダイヤモンドドリルにおいて、高融点金
    属,高融点金属の炭化物及び窒化物、または炭化ケイ
    素,窒化ケイ素からなるドリルの芯材材質の外周部に、
    切り粉排出用の螺旋溝を形成するため、高融点金属の細
    線材を前記ドリル芯材に螺旋状に巻回し1条または多条
    に螺旋溝を形成し、その後、表面にダイヤモンド膜をC
    VD法により被覆することを特徴とするダイヤモンドド
    リルの製造方法。
JP33107694A 1994-12-07 1994-12-07 ダイヤモンドドリル及びその製造方法 Withdrawn JPH08155947A (ja)

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