JP5734108B2 - ドリル用ブランクおよびドリル - Google Patents

Description

本発明は孔開け加工に用いるソリッドドリルを作製するためのドリル用ブランクおよびドリルに関する。

孔開け加工に使用するドリルは、先端の刃先からフルート溝を形成したソリッドドリルが知られており、例えば電子部品を搭載する基板の孔開け加工用として用いられている。そして、電子部品の小型化に伴って加工する孔径が小さくなっていることから、ドリルの径も小さいものが要求されている。

かかるドリルを製造するには、例えば、特許文献１のように押出成形にて繊維状に成形した成形体を所定の長さに切断して焼成したブランクを作製し、このブランクに段加工やフルート溝等を施してドリルを完成させる方法が採用されている。また、ドリルの成形方法としては、特許文献２のようにプレス成形法も検討されている。

特開２００３−２７７８０７号公報 特開２００７−２１１２５９号公報

しかしながら、特許文献１のような押出成形では、上述したように繊維状の押出成形体から所定の長さに切断する必要があり、しかもこの切断面の形状が潰れてしまうので、切断した後に切断面から端部の所定の長さを焼成後に再度切断する必要があった。また、特許文献２の方法では、成形体密度の圧力ムラによってブランク形状が鼓状となってしまう。しかも、加圧した細長い形状の成形体を細長い下パンチで押し出す必要があるが、成形体の側面が金型に接触している面積が広いために下パンチにかかる負荷が大きくなり、さらに、成形体の直径が２ｍｍφ以下と小さくなるにつれて金型の粉末充填部内に充填される粉末の充填密度ムラが大きくなって、成形体の最下部では金型への付着力が局所的に高くなりすぎてしまい、成形体を金型内から抜き出す際に下パンチが負荷に耐えきれず破損しやすくなるという問題があった。

そこで、本発明は、安定した成形が可能で、均一な密度を有するドリル用ブランクおよびドリルを提供することを目的とする。

本発明のドリル用ブランクは、超硬合金からなり、一端の直径が２ｍｍ以下で、該一端の直径に対する長さの比率が３以上の円柱長尺状で、前記一端の直径が他端の直径よりも小さいものである。

この形状からなるドリル用ブランクは、ブランク内の密度が均一でボイド等の欠陥が存在する可能性が低く、このブランクを用いて製造されたドリルは、折損等が発生しにくく信頼性の高いものとなる。また、上記ドリル用ブランクは、プレス成形する際に下パンチを破損させることを抑制でき、安定した製造が可能となる。

（ａ）は本発明のドリル用ブランクの一例についての概略断面図であり、（ｂ）は本発明のドリル用ブランクの他の一例についての概略断面図であり、（ｃ）は（ａ）または（ｂ）を用いて作製されたドリルの一例についての概略断面図である。 （ａ）のドリル用ブランクを成形する方法について説明するための模式図である。

図１（ａ）は本発明のドリル用ブランクの一例についての概略断面図であり、（ｂ）は本発明のドリル用ブランクの他の一例についての概略断面図であり、（ｃ）は（ａ）または（ｂ）を用いて作製されたドリルの一例についての概略断面図である。

図１（ａ）（ｂ）のドリル用ブランク（以下、単にブランクと略す。）１、２は、超硬合金からなり、一端が直径（ｄ_Ａ）２ｍｍ以下で該一端の直径ｄ_Ａに対する長さの比率（以下、アスペクト比と称す）が３以上の円柱長尺状であって、図１（ａ）（ｂ）に示すようにドリルの先端となる一端Ａの直径ｄ_Ａが他端Ｂの直径ｄ_Ｂよりも小さくなっている。

この形状からなるブランク１、２は、ブランク１、２内の密度が均一でボイド等の欠陥が存在する可能性が低く、このブランク１、２を用いて製造された図１（ｃ）のドリル１０は、折損等が発生しにくく信頼性の高いものとなる。また、ブランク１、２は、プレス成形する際に下パンチを破損させることを抑制でき、安定した製造が可能となる。なお、ブランク１、２の寸法は、直径が０．３〜２ｍｍで長さが３〜２０ｍｍのものが好適に採用される。さらに、直径ｄ_Ａと直径ｄ_Ｂとの比（ｄ_Ｂ／ｄ_Ａ）の望ましい範囲は、ブランク１、２からドリル１０へ加工する際の削り代を小さくできる点で、１．０２〜５、望ましくは１．０５〜１．５である。

ここで、ブランク１の側面は、図１（ａ）のように一端Ａに向かって先細りするテーパ形状であってもよいが、図１（ｂ）のように、側面が段付き形状であってもよい。なお、テーパ形状の場合は、テーパ角度は０．１〜１０°、特に０．５〜２°であることが、下パンチの破損を抑制できるとともに、ブランク１、２からドリル１０へ加工する際の削り代を小さくできる点で望ましい。さらに、ブランク１の一端Ａの角部にＣ面やＲ面等の面取りをつけてもよいが、削り代が増えないように最低限に止めたほうがよい。

なお、ブランク１、２は、プレス成形にて成形されていることが、工程が少なくて製造が容易であるとともに、ブランク１、２の成形体に対する焼成後のブランク１、２の寸法変化が小さいので、ブランク１、２をドリル１０の形状に対して削り代を少ない形状とできる点で望ましい。

さらに、ブランク１、２において、一端Ａ側におけるＷＣ粒子の平均粒径が、他端Ｂ側におけるＷＣ粒子の平均粒径よりも大きいことが、ドリル１０のフルート溝形成部１２の加工時における欠けを抑制できる点で望ましい。この構成は、ｄ_Ａが１．７ｍｍφ以下のブランク１、２においてはプレス成形時の上パンチ側と下パンチ側における密度差が特に大きいために、焼成時にブランク１、２の一端Ａ側のほうが他端Ｂ側よりも超硬合金の焼結が進むことによって調整できる。

また、図１（ａ）（ｂ）においては、一端Ａ側がドリル１０の刃先１１側で、他端Ｂ側がドリル１０のシャンク１５側となる態様について記載したが、本発明は上記態様に限定されるものではなく、一端Ａ側がドリル１０のシャンク１５側で、他端Ｂ側がドリル１０の刃先１１側となる構成であってもよい。この構成によれば、刃先１１における超硬合金のＷＣ粒子の平均粒径が小さくなるので、刃先１１の耐摩耗性が向上する。ドリル１０の
刃先１１側とシャンク１５側をどちらにするかは、ドリル１０が要求される性能やブランクの形状によって選択できる。

そして、ブランク１、２を削り出してドリル１０が作製される。図１（ｃ）のドリル１０の形状は、一端Ａ側に刃先１１が形成され、刃先１１と、それに続くフルート溝形成部１２と、首部１３とでボディ１４を構成している。そして、ボディ１４に続いてシャンク１５が形成されている。ここで、刃先１１は中心軸を有して回転しながら被削材に最初に接触する部分であり、高い耐チッピング性と耐摩耗性が要求される。フルート溝形成部１２は加工によって発生する切屑を後方へ排出する機能を持ち、首部１３はドリル１０の加工径（フルート溝形成部１２の直径）とシャンク１５の直径とを調整するつなぎである。シャンク１５はドリル１０を加工機に固定する部分である。

また、上記ドリル用ブランクおよびドリルを作製する方法の一例について説明する。

まず、ブランクおよびドリルをなす超硬合金を作製するためのＷＣ粉末等の原料粉末を調合し、これにバインダや溶媒を添加してスラリーを作製する。このスラリーを造粒して成形用粉末を作製する。

一方、図２に示すようなプレス成形金型（以下、単に金型と略す。）２０を準備し、金型２０のダイス２１の空隙部２２内に上記成形用粉末を充填する。そして、ダイス２１の空隙部２２内に充填された成形用粉末の上部から上パンチ２４を下降させて加圧することにより成形体２５を作製する。

ここで、図２によれば、空隙部２２によって成形される成形体２５の形状は、ブランク１、２の一端Ａ側を形作る下パンチ２３側の直径Ｄ_Ａが他端Ｂ側を形作る上パンチ２４側の直径Ｄ_Ｂよりも小さくなっている。これによって、下パンチ２３が成形体を抜き出す際に破損することを抑制できるとともに、成形体２５の密度を均一にすることができる。なお、図２では、製造効率を高めるために空隙部２２が複数設けられている。

そして、成形体２５は金型２０から取り出され、焼成されることによってブランク１、２となる。さらに、ブランク１、２を所定の形状に加工することによって、ドリル１０を作製することができる。なお、所望により、ドリル１０の表面には被覆層（図示せず）を成膜することもできる。

また、首部１３とシャンク１５とを鋼、合金鋼またはステンレス鋼等の安価な材質で形成し、ブランク１、２を首部１３の先端にロウ付けした構成とすることもできる。この構成であれば、首部１３の先端にロウ付けされるブランク１、２の直径を刃先１１側よりも大きくすることもでき、ロウ付け面積が広くなってロウ付け強度を高めることも可能である。なお、ドリルの刃先からシャンクまでをブランクで形成するものであってもよい。

平均粒径０．３μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末に対して、金属コバルト（Ｃｏ）粉末を６質量％、炭化クロム（Ｃｒ_３Ｃ_２）粉末を０．６質量％、炭化バナジウム（ＶＣ）粉末を０．３質量％の割合で調合し、バインダや溶媒を添加、混合して、スラリーを作製し、スプレードライヤにて平均二次直径が５０μｍの造粒粉末を作製した。

空隙部を４個有するダイスを備えた図２に示す金型を準備し、上記造粒粉末を用いてプレス成形し、表１に示す直径（Ｄ_Ａ、Ｄ_Ｂ）の成形体を作製した。プレス成形の安定性を評価するために、成形体を１００個作製し、不具合が発生するか否かを判断した。そして、この成形体を１４００℃で焼成してブランクとした。

得られたブランクの一端側と他端側について寸法を測定し表１に記載した（ｄ_Ａ、ｄ_Ｂ）。なお、ブランクの長さは８ｍｍであり、表１にアスペクト比（８／ｄ_Ａ）も記載した。また、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて超硬合金を５０００倍で組織観察して、ルーゼックス解析法によってＷＣ粒子の平均粒径を算出した。結果は表１に示した。

そして、このブランクを用いて、ドリルを作製し、下記条件でドリル加工テストを行った。結果は表１に示した。
（ドリル加工テスト条件）
被削材 ：ＦＲ４・６層板、１．６ｍｍ厚、３枚重ね
ドリル形状：φ０．３ｍｍアンダーカットタイプ
回転数：１２０ｋｒｐｍ
送り速度：２．４ｍ／ｍｉｎ．

表１より、ｄ_Ａが２ｍｍを超える試料Ｎｏ．７では、ブランクの直径が大きすぎてドリルを加工することが現実的でなく、ドリル作製を断念した。また、ｄ_Ａとｄ_Ｂが同じ試料Ｎｏ．６では、プレス成形が安定して行えず、下パンチが破損してしまった。これに対して、ｄ_Ａが２ｍｍ以下でかつｄ_Ｂよりも小さい試料Ｎｏ．１〜５では、下パンチが破損することもなく良好なブランクを作製できた。

１、２ ブランク（ドリル用ブランク）
１０ ドリル
１１ 刃先
１２ フルート溝形成部
１３ 首部
１４ ボディ
１５ シャンク
２０ 金型（プレス成形金型）
２１ ダイス
２２ 空隙部
２３ 下パンチ
２４ 上パンチ
２５ 成形体
Ａ 一端の直径ｄ_Ａ
Ｂ 他端の直径ｄ_Ｂ
ｄ_Ａ 一端Ａ側の直径
ｄ_Ｂ 他端Ｂ側の直径
Ｄ_Ａ 成形体の下パンチ側の直径
Ｄ_Ｂ 成形体の上パンチ側の直径

Claims (5)

1. 超硬合金からなり、一端の直径が２ｍｍ以下で、該一端の直径に対する長さの比率が３以上の円柱長尺状で、前記一端の直径が他端の直径よりも小さいとともに、前記一端側におけるＷＣ粒子の平均粒径が、前記他端側におけるＷＣ粒子の平均粒径よりも大きいドリル用ブランク。
2. 側面が前記一端に向かって先細りするテーパ形状である請求項１記載のドリル用ブランク。
3. 側面が段付き形状である請求項１記載のドリル用ブランク。
4. プレス成形にて成形することにより作製されている請求項１乃至３のいずれか記載のドリル用ブランク。
5. 請求項１乃至４のいずれか記載のドリル用ブランクを加工して作製されたドリル。