JPWO2018056288A1

JPWO2018056288A1 - Ｐｃｄドリル及びその製造方法

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Publication number: JPWO2018056288A1
Application number: JP2018540250A
Authority: JP
Inventors: 宏之福島; 淳也小野瀬; 裕五十嵐; 明浩大澤; 真樹保坂; 友也黒田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2017-09-20
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2037-09-20
Also published as: US20210283695A1; CN109715324B; JP6655193B2; US20220410286A1; MX2019003164A; CN109715324A; WO2018056288A1

Abstract

円柱形状体（１６）のＰＣＤ層（２２）に第１予備フルート（７０）を形成する際、第１ねじれ角がαとなるように電極の姿勢を設定して放電加工を行う。次に、円柱形状体（１６）の基板（２０）、及び丸棒（６２）に第２予備フルート（７４）を形成する際、第１ねじれ角（α）よりも大きな第２ねじれ角（β）となるように、ダイヤモンド砥石（７２）の研削姿勢及び方向を設定して研削加工を行う。

Description

本発明は、切削加工を実施するためのＰＣＤドリル及びその製造方法に関する。

切削加工に用いられるドリルの１種として、ダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ）を含む先端を有するＰＣＤドリルが知られている。この先端は、超硬合金からなる基板にＰＣＤが設けられた先端刃具の一部を切り出したものから得られる。その後、この先端をボディ本体に接合し、さらに、切り刃及びシンニング面を形成した後、フルート（切削屑排出溝）を形成することでボディが作製される。なお、ボディ本体は、例えば、超硬合金からなる。

フルートは、一般的に、ダイヤモンド砥石での研削加工か、又は放電加工によって形成される（例えば、特開２００９−２２６５３９号公報参照）。ここで、研削加工の場合、加工時間が短いものの、ＰＣＤにフルートを形成する際のダイヤモンド砥石の摩耗量が多いために研削加工を多数回行うことが容易ではないという不都合がある。一方、放電加工では、研削加工に比して加工能率が低いため、フルートの形成に長時間を要してしまう。

このような理由から、先端刃具にフルートを形成する際にはワイヤカット放電加工を行い、ボディ本体にフルートを形成する際にはダイヤモンド砥石で研削加工を行うことが考えられる。

上記したように先端側とボディ本体側でフルートを形成する加工ツールを変更すると、フルートに微細な段差が生じてしまう。このため、段差に切削屑が引っ掛かり、切削屑が排出されなくなる懸念がある。

本発明の主たる目的は、効率よく作製することが可能なＰＣＤドリルを提供することにある。

本発明の別の目的は、切削屑が排出されなくなる懸念が払拭されたＰＣＤドリルを提供することにある。

本発明のまた別の目的は、上記したＰＣＤドリルの製造方法を提供することにある。

本発明の一実施形態によれば、ボディ本体と、超硬合金からなる基板にダイヤモンド層が設けられた先端刃具とを有し、前記先端刃具が、前記基板が前記ボディ本体に臨むように該ボディ本体の先端に配設されることでボディを構成するＰＣＤドリルであって、
前記先端刃具に形成されたすくい面及びシンニング面に、前記ダイヤモンド層及び前記超硬合金の双方が露出するとともに、
前記ダイヤモンド層の第１ねじれ角が、前記基板及び前記ボディ本体の第２ねじれ角に比して小さく設定されているＰＣＤドリルが提供される。ここで、本発明における「ダイヤモンド層」には、ダイヤモンドのみからなる層の他、ダイヤモンドと超硬合金とを含有した複合層を含むものとする。

このような構成を採用することにより、ダイヤモンド層に形成されたフルートと、基板及びボディ本体に形成されたフルートとの間に段差が生じることが回避される。従って、切削屑がフルートを容易に通過する。換言すれば、切削屑がフルート内で引っ掛かって停止することが回避される。このため、切削屑が排出されなくなる懸念が払拭される。

シンニング面では、フルートの最先端が、前記ダイヤモンド層と前記基板の境界の近傍に位置することが好ましい。これにより、フルートの開口面積及び断面積が比較的大きくなる。従って、切削屑がフルートを一層通過し易くなる。

なお、ボディ本体は、例えば、基板と同様に超硬合金で構成すればよい。この場合、基板及びボディ本体にフルートを形成することが容易となるという利点がある。

また、本発明の別の一実施形態によれば、ボディ本体と、超硬合金からなる基板にダイヤモンド層が設けられた先端刃具とを有するＰＣＤドリルの製造方法であって、
前記先端刃具となる円柱形状体を、前記基板が前記ボディ本体側に臨むように前記ボディ本体の先端に接合する工程と、
前記円柱形状体に放電加工を施し、切り刃及びシンニング面を形成するとともに、すくい面及び前記シンニング面に、前記ダイヤモンド層及び前記基板の双方を露出させる工程と、
前記ダイヤモンド層に放電加工を施し、第１ねじれ角となるように第１予備フルートを形成する工程と、
前記ボディ本体と、前記基板とに研削加工を施し、前記第１予備フルートに連なるとともに、前記第１ねじれ角よりも大きな第２ねじれ角となるように第２予備フルートを形成する工程と、
を有するＰＣＤドリルの製造方法が提供される。

このようにねじれ角を変化させることにより、砥石が第１予備フルートに干渉することを回避しながら、第１予備フルートとの間に段差が生じることが回避された第２予備フルートを形成することができる。すなわち、内面が円滑なフルートが得られる。従って、排出溝が段差に引っ掛かって排出が困難となる懸念が払拭される。

しかも、硬質であるダイヤモンド層に対しては放電加工を行うので、基板及びボディ本体に対して研削加工を行うための砥石が短期間で摩耗することが回避される。従って、複数本のボディ本体に第２予備フルートを形成する際、砥石を繰り返し用いることができる。

その一方で、基板及びボディ本体に対しては砥石にて研削加工を行う。このため、第２予備フルートを効率よく形成することができる。従って、ＰＣＤドリルの生産効率が向上する。

第２予備フルートは、その最先端が、前記ダイヤモンド層と前記基板との境界の近傍に位置するように形成することが好ましい。このようにすることにより、開口面積及び断面積が大きく切削屑が通過し易いフルートを形成することができる。

第１予備フルートを形成する放電加工を行うための電極は、ダイヤモンド層側から基板側に進行させ、その後、第２予備フルートを形成する研削加工を行うための砥石は、ボディ本体側から基板側に進行させればよい。これにより、ねじれ角が相違する第１予備フルート及び第２予備フルートを形成することが容易となる。

なお、研削加工を行うための砥石は、高硬度であり摩耗が起こり難いことから、ダイヤモンド砥石が好適である。

本発明によれば、基板及びボディ本体におけるねじれ角を、ダイヤモンド層におけるねじれ角よりも大きく設定するようにしている。このため、ダイヤモンド層におけるフルート（第１予備フルート）と、基板及びボディ本体におけるフルート（第２予備フルート）とが円滑に連なり、両者の間に段差が生じることが回避される。

従って、段差が存在することに起因して切削屑が排出され難くなることが回避され、切削屑がフルートを容易に通過するようになる。このため、切削屑がフルート内で停止して排出されなくなる懸念が払拭される。

しかも、硬質なダイヤモンド層におけるフルート（第１予備フルート）を放電加工で形成し、一方、比較的軟質な基板及びボディ本体におけるフルート（第２予備フルート）を研削加工で形成するようにしているので、砥石が短期間で摩耗することを回避しつつ、フルートを効率よく形成することができる。このため、ＰＣＤドリルの生産効率が向上する。

本発明の実施の形態に係るＰＣＤドリルの長手方向に沿った概略全体側面図である。図１のＰＣＤドリルの先端正面図である。図１のＰＣＤドリルの先端側面図である。先端刃具を得るための円柱形状体を、ウェハから切り出した状態を示す概略斜視図である。円柱形状体にＶ字状溝を形成するとともに、丸棒にＶ字型端部を形成した状態を示す概略側面図である。円柱形状体に対して放電加工を施すことでシンニング面等を形成している状態を模式的に示す概略斜視図である。円柱形状体に対して放電加工を施すことで、フルートとなる第１予備フルートを形成している状態を模式的に示す概略斜視図である。丸棒及び基板に対して研削加工を施すことで、フルートとなる第２予備フルートを形成している状態を模式的に示す概略斜視図である。

以下、本発明に係るＰＣＤドリルの製造方法につき、それによって得られるＰＣＤドリルとの関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係るＰＣＤドリル１０の長手方向に沿った概略全体側面図である。このＰＣＤドリル１０は、先端刃具１２と、長尺なボディ本体１４とを有する。この中の先端刃具１２は、図４に示す円柱形状体１６がドリルの先端に適した形状に加工されたものであり、基板２０と、ダイヤモンド層としてのダイヤモンド焼結体層（以下、「ＰＣＤ層」とも表記する）２２からなる。

基板２０は、超硬合金からなるディスク形状体である。一方、ＰＣＤ層２２は、多結晶ダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ）を含み、基板２０の一端面を覆うように設けられたディスク形状体である。なお、ＰＣＤ層２２は、ＰＣＤのみからなる単一素材層であってもよいし、ＰＣＤと超硬合金との複合材からなる複合素材層であってもよい。基板２０やＰＣＤ層２２に含まれる超硬合金としては、ＷＣ−Ｃｏ等が例示される。また、ＰＣＤと超硬合金との割合は、例えば、体積比でＰＣＤ：超硬合金＝９０：１０〜１０：９０の範囲内に設定することができる。

基板２０には、図５に示すＶ字状溝２４が形成される。一方、ボディ本体１４の先端には、Ｖ字状溝２４に対応するＶ字型端部２６が形成されている。Ｖ字状溝２４の内壁と、Ｖ字型端部２６の傾斜壁とは、例えば、ロウ付けによって接合される。

ボディ本体１４の大部分は先端刃具１２とともにボディ３０を構成し、略円柱形状をなす一端部はシャンク３２を構成する。ボディ３０には、チゼルポイント３４を挟み位相差が約１８０°となるように２本のフルート３６ａ、３６ｂが形成される。すなわち、ＰＣＤドリル１０は、いわゆるツイストドリルである。フルート３６ａ、３６ｂは、ねじれ溝とも指称され、ボディ３０の長手方向に沿って螺旋状に延在する。なお、フルート３６ａ、３６ｂが互いに交差することはない。

ＰＣＤドリル１０の先端正面図である図２、先端側面図である図３に示すように、先端刃具１２からなる先端面には、２番逃げ面４２ａ、４２ｂ、３番逃げ面４４ａ、４４ｂ、シンニング面４６ａ、４６ｂが形成される。３番逃げ面４４ａ、４４ｂには、潤滑作用ないし冷却作用を営む切削油等のクーラント剤が導出される導出孔４８ａ、４８ｂがそれぞれ穿設される。導出孔４８ａ、４８ｂは、シャンク３２内に穿設された１本の案内孔（図示せず）に合流する。すなわち、クーラント剤は、ＰＣＤドリル１０を用いた切削加工時に案内孔を経て２本の導出孔４８ａ、４８ｂに分岐し、該導出孔４８ａ、４８ｂから切削加工箇所に供給される。

２番逃げ面４２ａの、フルート３６ｂ側に臨む稜線には切り刃５０ａが形成される。図３に示すように、切り刃５０ａにはすくい面５２ａが連なる。同様に、２番逃げ面４２ｂの、フルート３６ａ側に臨む稜線には切り刃５０ｂが形成されるとともに、該切り刃５０ｂにすくい面５２ｂが連なる。

図２に示すハッチングは、先端刃具１２を構成するＰＣＤ層２２が露出した第１領域５４ａ、５４ｂを示している。ハッチングを付していない領域は、超硬合金が露出した第２領域５６ａ、５６ｂである。すなわち、第１領域５４ａ、５４ｂはチゼルポイント３４を含む先端側、換言すれば、頂部側であり、第２領域５６ａ、５６ｂは裾野側である。なお、ハッチングは第１領域５４ａ、５４ｂと第２領域５６ａ、５６ｂとを区別し易くするために便宜的に付している。

フルート３６ａの最先端５８ａは、第１領域５４ａと第２領域５６ａとの境界近傍に位置する。同様に、フルート３６ｂの最先端５８ｂは、第１領域５４ｂと第２領域５６ｂとの境界近傍に位置する。

図３に示すように、フルート３６ａ、３６ｂのねじれ角は、超硬合金からなるボディ本体１４及び基板２０と、ＰＣＤを主成分とするＰＣＤ層２２とで相違する。具体的には、ＰＣＤ層２２におけるねじれ角αは、超硬合金からなる部位におけるねじれ角βよりも小さく設定されている。すなわち、α＜βが成り立つ。さらに、フルート３６ａ、３６ｂは、段差が形成されることなく滑らかに延在する。

次に、基本的には上記のように構成されるＰＣＤドリル１０の製造方法につき説明する。

先ず、図４に示すように、超硬合金を基板２０とし且つ該基板２０上にＰＣＤ層２２が形成されたウェハ６０から、円柱形状体１６を切り出す。なお、この種のウェハ６０は、市販品として入手することが可能である。円柱形状体１６がウェハ６０の一部から切り出されたものであるため、円柱形状体１６が基板２０（超硬合金）とＰＣＤ層２２からなることは勿論である。

次に、この円柱形状体１６の基板２０側に、図５に示すＶ字状溝２４を形成する。その一方で、超硬合金等からなる丸棒６２の一端部に、Ｖ字状溝２４に対応するＶ字型端部２６を形成する。そして、Ｖ字状溝２４の内壁と、該Ｖ字状溝２４内に挿入したＶ字型端部２６の傾斜壁とを、例えば、ロウ付けによって接合する。

次に、図６に示すように、電極６４ａ、６４ｂを用いて放電加工を行う。この放電加工により、円柱形状体１６に２番逃げ面４２ａ、４２ｂ、３番逃げ面４４ａ、４４ｂ、シンニング面４６ａ、４６ｂ、切り刃５０ａ、５０ｂ、すくい面５２ａ、５２ｂが形成される。また、ＰＣＤ層２２が露出した第１領域５４ａ、５４ｂが形成されるとともに、超硬合金（基板２０）が露出した第２領域５６ａ、５６ｂが形成される。

次に、図７に示すように、電極６４ａを用いて放電加工を行うことで、ＰＣＤ層２２に第１予備フルート７０を形成する。ここで、電極６４ａは、矢印Ｘとして示すように、ＰＣＤ層２２側から基板２０側に移動させる。この際、第１ねじれ角がαとなるように電極６４ａの姿勢を設定する。

電極６４ａが基板２０に到達した直後に、電極６４ａの移動を停止する。その後、第１予備フルート７０から電極６４ａを離脱させる。

次に、図８に示すように、ダイヤモンド砥石７２を用いて研削加工を行うことで第２予備フルート７４を形成する。この際、ダイヤモンド砥石７２を、矢印Ｙとして示すように、丸棒６２（ボディ本体１４）側から基板２０側に向かって移動させる。また、このとき、第２ねじれ角がαよりも大であるβとなるようにダイヤモンド砥石７２の姿勢及び方向を設定する。最終的に、第２予備フルート７４が第１予備フルート７０に連なって１本のフルート３６ａが形成される。同様にしてフルート３６ｂが形成され、その結果、ボディ３０が得られる。

このように、本実施の形態においては、硬質であるＰＣＤ層２２に対しては放電加工を行って第１予備フルート７０を形成するようにしている。このため、ダイヤモンド砥石７２が短期間で摩耗することが回避されるので、ダイヤモンド砥石７２を繰り返し用いることができる。すなわち、同一のダイヤモンド砥石７２で多数回の研削加工を実施することができる。

その一方で、超硬合金等の比較的軟質な素材からなる基板２０及びボディ本体１４（丸棒６２）に対しては、ダイヤモンド砥石７２を用いた研削加工を行って第２予備フルート７４を形成するようにしている。第２予備フルート７４は第１予備フルート７０に比して長尺であるが、研削加工によれば、放電加工よりも短時間で第２予備フルート７４を形成することが可能となる。従って、フルート３６ａ、３６ｂを効率よく形成することができる。

さらに、本実施の形態では、上記の研削加工を行う際、第２ねじれ角βが第１ねじれ角αよりも大きくなるようにしている。このため、ダイヤモンド砥石７２が基板２０を研削加工する際、ＰＣＤ層２２に干渉することが回避される。従って、基板２０に第２予備フルート７４を形成することが容易であるとともに、ダイヤモンド砥石７２がＰＣＤ層２２を研削して摩耗することを回避することができる。

また、第２ねじれ角βを第１ねじれ角αよりも大きくしていることから、第１予備フルート７０と第２予備フルート７４の間に段差が形成されることが回避される。このため、段差のないフルート３６ａ、３６ｂが得られる。

このようなＰＣＤドリル１０を用いて切削加工を行った場合、切削屑は、フルート３６ａ、３６ｂを容易に通過して排出される。このため、切削屑がフルート３６ａ、３６ｂ内に停止する懸念が払拭される。上記したように、フルート３６ａ、３６ｂ内に段差が形成されることが回避されているからである。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、第２予備フルート７４を形成するための研削加工をダイヤモンド砥石７２で行うことは必須ではなく、その他の研削工具で行うようにしてもよい。

【０００６】
によって接合される。
［００２８］
ボディ本体１４の大部分は先端刃具１２とともにボディ３０を構成し、略円柱形状をなす一端部はシャンク３２を構成する。ボディ３０には、チゼルポイント３４を挟み位相差が約１８０°となるように２本のフルート３６ａ、３６ｂが形成される。すなわち、ＰＣＤドリル１０は、いわゆるツイストドリルである。フルート３６ａ、３６ｂは、ねじれ溝とも指称され、ボディ３０の長手方向に沿って螺旋状に延在する。なお、フルート３６ａ、３６ｂが互いに交差することはない。
［００２９］
ＰＣＤドリル１０の先端正面図である図２、先端側面図である図３に示すように、先端刃具１２からなる先端面には、２番逃げ面４２ａ、４２ｂ、３番逃げ面４４ａ、４４ｂ、区別を容易にするためにドットを付したシンニング面４６ａ、４６ｂが形成される。３番逃げ面４４ａ、４４ｂには、潤滑作用ないし冷却作用を営む切削油等のクーラント剤が導出される導出孔４８ａ、４８ｂがそれぞれ穿設される。導出孔４８ａ、４８ｂは、シャンク３２内に穿設された１本の案内孔（図示せず）に合流する。すなわち、クーラント剤は、ＰＣＤドリル１０を用いた切削加工時に案内孔を経て２本の導出孔４８ａ、４８ｂに分岐し、該導出孔４８ａ、４８ｂから切削加工箇所に供給される。
［００３０］
２番逃げ面４２ａの、フルート３６ｂ側に臨む稜線には切り刃５０ａが形成される。図３に示すように、切り刃５０ａにはすくい面５２ａが連なる。同様に、２番逃げ面４２ｂの、フルート３６ａ側に臨む稜線には切り刃５０ｂが形成されるとともに、該切り刃５０ｂにすくい面５２ｂが連なる。
［００３１］
図２に示すハッチングは、先端刃具１２を構成するＰＣＤ層２２が露出した第１領域５４ａ、５４ｂを示している。ハッチングを付していない領域は、超硬合金が露出した第２領域５６ａ、５６ｂである。すなわち、第１領域５４ａ、５４ｂはチゼルポイント３４を含む先端側、換言すれば、頂部側であり、第２領域５６ａ、５６ｂは裾野側である。なお、ハッチングは第１領域５４ａ、５４ｂと第２領域５６ａ、５６ｂとを区別し易くするために便宜的に付している。

Claims

ボディ本体（１４）と、超硬合金からなる基板（２０）にダイヤモンド層（２２）が設けられた先端刃具（１２）とを有し、前記先端刃具（１２）が、前記基板（２０）が前記ボディ本体（１４）に臨むように該ボディ本体（１４）の先端に配設されることでボディ（３０）を構成するＰＣＤドリル（１０）であって、
前記先端刃具（１２）に形成されたすくい面（５２ａ、５２ｂ）及びシンニング面（４６ａ、４６ｂ）に、前記ダイヤモンド層（２２）及び前記超硬合金の双方が露出するとともに、
前記ダイヤモンド層（２２）の第１ねじれ角（α）が、前記基板（２０）及び前記ボディ本体（１４）の第２ねじれ角（β）に比して小さく設定されていることを特徴とするＰＣＤドリル（１０）。
請求項１記載のＰＣＤドリル（１０）において、前記シンニング面（４６ａ、４６ｂ）で、フルート（３６ａ、３６ｂ）の最先端が、前記ダイヤモンド層（２２）と前記基板（２０）の境界の近傍に位置することを特徴とするＰＣＤドリル（１０）。
請求項１又は２記載のＰＣＤドリル（１０）において、前記ボディ本体（１４）が超硬合金からなることを特徴とするＰＣＤドリル（１０）。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のＰＣＤドリル（１０）において、前記先端刃具（１２）又は前記ボディ本体（１４）のいずれか一方に係合部（２６）が設けられるとともに、残余の一方に、前記係合部（２６）に係合された被係合部（２４）が設けられていることを特徴とするＰＣＤドリル（１０）。
ボディ本体（１４）と、超硬合金からなる基板（２０）にダイヤモンド層（２２）が設けられた先端刃具（１２）とを有するＰＣＤドリル（１０）の製造方法であって、
前記先端刃具（１２）となる円柱形状体を、前記基板（２０）が前記ボディ本体（１４）側に臨むように前記ボディ本体（１４）の先端に接合する工程と、
前記円柱形状体に放電加工を施し、切り刃（５０ａ、５０ｂ）及びシンニング面（４６ａ、４６ｂ）を形成するとともに、すくい面（５２ａ、５２ｂ）及び前記シンニング面（４６ａ、４６ｂ）に、前記ダイヤモンド層（２２）及び前記基板（２０）の双方を露出させる工程と、
前記ダイヤモンド層（２２）に放電加工を施し、第１ねじれ角（α）となるように第１予備フルート（７０）を形成する工程と、
前記ボディ本体（１４）と、前記基板（２０）とに研削加工を施し、前記第１予備フルート（７０）に連なるとともに、前記第１ねじれ角（α）よりも大きな第２ねじれ角（β）となるように第２予備フルート（７４）を形成する工程と、
を有することを特徴とするＰＣＤドリル（１０）の製造方法。
請求項５記載の製造方法において、前記第２予備フルート（７４）を形成する際、該第２予備フルート（７４）の最先端を、前記ダイヤモンド層（２２）と前記基板（２０）との境界の近傍に位置させることを特徴とするＰＣＤドリル（１０）の製造方法。
請求項５又は６記載の製造方法において、前記第１予備フルート（７０）を形成する放電加工を行うための電極（６４ａ）を、前記ダイヤモンド層（２２）側から前記基板（２０）側に進行させ、その後、前記第２予備フルート（７４）を形成する研削加工を行うための砥石を、前記ボディ本体（１４）側から前記基板（２０）側に進行させることを特徴とするＰＣＤドリル（１０）の製造方法。
請求項５〜７のいずれか１項に記載の製造方法において、前記研削加工を、ダイヤモンド砥石（７２）を用いて行うことを特徴とするＰＣＤドリル（１０）の製造方法。
請求項５〜８のいずれか１項に記載の製造方法において、前記先端刃具（１２）又は前記ボディ本体（１４）のいずれか一方に係合部（２６）を設けるとともに、残余の一方に、前記係合部（２６）に係合される被係合部（２４）を設け、前記係合部（２６）を前記被係合部（２４）に係合させた状態で前記先端刃具（１２）を前記ボディ本体（１４）に接合することを特徴とするＰＣＤドリル（１０）の製造方法。