(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超硬合金からなる円柱長尺状で、長手方向において、両端のうちの一端Ａの直径をｄＡ、他端Ｂの直径をｄＢ、中央部Ｃにおける最小直径をｄＣ、長手方向の長さをＬとしたとき、ｄＡ、ｄＢがともに０．３〜２ｍｍで、ｄＡ≧ｄＢ＞ｄＣであるとともに、ｄＡに対する長さＬの比率が３〜９．８８であり、ｄＢ／ｄＡ＝０．９６〜１、かつｄＣ／ｄＡ＝０．９〜０．９９５であり、前記一端Ａおよび前記他端ＢにおけるＷＣ粒子の平均粒径が、前記中央部におけるＷＣ粒子の平均粒径よりも大きいドリル用ブランク。
【請求項２】
ＷＣ粉末を含む原料粉末を調合して、平均粒径が１００〜１５０μｍで、かつ粒度ばらつきを６０〜１００μｍの顆粒を作製する工程と、プレス成形金型のダイスの空隙部内に前記顆粒を充填し、上方から上パンチを下降させて前記ダイスの空隙部内に充填された顆粒を加圧した後、該加圧時の上パンチの保持位置から前記上パンチの位置が０．１ｍｍ〜２ｍｍだけ下方に下降するように上パンチに追加荷重を加えるとともに下パンチの荷重を除去して、前記プレス成形金型の中で長手方向が上下方向を向く円柱長尺状の成形体を作製する工程と、前記成形体を焼成する工程とを具備し、超硬合金からなる円柱長尺状で、前記長手方向において、両端のうちの一端Ａの直径をｄＡ、他端Ｂの直径をｄＢ、中央部Ｃにおける最小直径をｄＣ、長手方向の長さをＬとしたとき、ｄＡ、ｄＢがともに０．３ｍｍ〜２ｍｍで、ｄＡ≧ｄＢ＞ｄＣであるとともに、ｄＡに対する長さＬの比率が３〜９．８８であり、ｄＢ／ｄＡ＝０．９６〜１、かつｄＣ／ｄＡ＝０．９〜０．９９５であり、前記一端Ａおよび前記他端ＢにおけるＷＣ粒子の平均粒径が、前記中央部におけるＷＣ粒子の平均粒径よりも大きいドリル用ブランクを作製するドリル用ブランクの製造方法。
【請求項３】
請求項１記載のドリル用ブランクをシャンクにロウ付けする工程と、前記ドリル用ブランクに刃付け加工を施す工程と、刃先と、最大直径が２ｍｍ以下のフルート溝形成部を含む加工部を形成する工程とを備え、該加工部の前記刃先におけるＷＣ粒子の平均粒径が、前記加工部の中央部におけるＷＣ粒子の平均粒径よりも大きいドリルを作製するドリルの製造方法。
【請求項４】
請求項１記載のドリル用ブランクをロウ付け装置内に投入する工程と、前記ロウ付け装置内にて前記ドリル用ブランクを整列させる工程と、前記ドリル用ブランクをシャンクに当接させてロウ付けする工程と、前記ドリル用ブランクに刃付け加工を施す工程とを具備するドリルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は孔開け加工に用いるドリル用ブランク、ドリル用ブランクの製造方法、およびドリル並びにドリルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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、ブランク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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２７７８０７号公報
【特許文献２】特開２００７−２１１２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、押出成形では成形時に有機バインダ成分を多量に添加する必要があるために、超硬合金焼結体中の炭素量が制御し難く、焼結体中にボイドや残留炭素等の欠陥が発生しやすかった。【０００６】
特許文献２の方法では、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、成形体の直径が２ｍｍ以下と小さくなると、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る。また、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う。その結果、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。しかも、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い、焼成されたブランクの変形が大きくなり過ぎて、ブランクの端部が欠けたり湾曲したりすることがあった。【０００７】
さらに、プレス成形において、成形体の破損を抑制するためにテーパ形状の成形体形状とすることも考えられる。しかしながら、焼結体でのテーパ形状の寸法によっては、ブランクをシャンクにロウ付けする際にブランクの上パンチ側と下パンチ側を区別して向きを揃える必要が生じる。その結果、ロウ付け工程が煩雑になるという不具合や、シャンクとブランクの中心軸が平行にならずにずれてしまい、ロウ付け後の刃付け加工の際に加工代が増えてしまうという問題があった。【０００８】
そこで、本発明は、安定した成形が可能で、ロウ付けも容易で精度よくできるドリル用ブランク、ブランクの製造方法、およびドリル並びにドリルの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のドリル用ブランクは、超硬合金からなる円柱長尺状で、長手方向において、両端のうちの一端Ａの直径をｄＡ、他端Ｂの直径をｄＢ、中央部Ｃにおける最小直径をｄＣ、長手方向の長さをＬとしたとき、ｄＡ、ｄＢがともに２ｍｍ以下で、ｄＡ≧ｄＢ＞ｄＣであるとともに、ｄＡに対する長さの比率が３以上であり、ｄＢ／ｄＡ＝０．９６〜１、かつｄＣ／ｄＡ＝０．９〜０．９９５である。【００１０】
また、本発明のドリル用ブランクの製造方法は、ＷＣ粉末を含む原料粉末を調合して、平均粒径が１００〜１５０μｍであり、かつ粒度ばらつきが６０〜１００μｍの顆粒を作製する工程と、プレス成形金型のダイスの空隙部内に前記顆粒を充填し、上部から上パンチを下降させて、前記ダイスの空隙部内に充填された顆粒を加圧した後、上パンチの位置が０．１ｍｍ〜２ｍｍだけ下方に下降するように上パンチに追加荷重を加えるとともに下パンチの荷重を除去して成形体を作製する工程と、前記成形体を焼成する工程とを具備する。【００１１】
さらに、本発明のドリルは、ドリル用ブランクがシャンクにロウ付けされているとともに、前記ドリル用ブランクに刃付け加工が施されている。【００１２】
また、本発明の他のドリルは、刃先と、最大直径が２ｍｍ以下のフルート溝形成部を含む加工部を備え、該加工部の刃先におけるＷＣ粒子の平均粒径が、前記加工部の中央部におけるＷＣ粒子の平均粒径よりも大きいものである。【００１３】
さらにまた、本発明のドリルの製造方法は、ドリル用ブランクをロウ付け装置内に投入する工程と、前記ロウ付け装置内にて前記ドリル用ブランクを整列させる工程と、前記ドリル用ブランクをシャンクに当接させてロウ付けする工程と、前記ドリル用ブランクに刃付け加工を施す工程とを具備する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のドリル用ブランクは、一端Ａと他端Ｂとの寸法差が小さいので、ドリルのシャンクにドリル用ブランクをロウ付けする際に一端Ａと他端Ｂを区別して並べる必要がなく、シャンクへのロウ付けが容易でロウ付け精度も高い。そのため、本発明のドリルの製造方法は、工程の作業性を高めることができる。【００１５】
また、本発明のドリル用ブランクの製造方法は、焼成する前の成形体を、欠け等が発生しにくい安定した成形ができる密度分布に調整することによって作製可能であり、焼成後のドリル用ブランクは所定の形状となる。【００１６】
さらに、本発明のドリルは、刃先における超硬合金のＷＣ粒子の平均粒径が、加工部の中央部におけるＷＣ粒子の平均粒径よりも大きいので、加工部の剛性が高く、かつ刃先におけるチッピングを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のドリル用ブランクの一例についての側面図である。
【図２】本発明のドリル用ブランクを成形する方法の一例について、金型の構成を説明するための模式図である。
【図３】図１のドリル用ブランクをシャンクにロウ付けして刃付け加工したドリルの一例についての側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１の本発明のドリル用ブランクをシャンクにロウ付けしたドリルの一例についての側面図に基づいて説明する。
【００１９】
図１のドリル１に用いられるドリル用ブランク（以下、単にブランクと略す。）２は、超硬合金からなる円柱長尺状で、シャンク３にロウ付けされている。ブランク２は、長手方向において、両端のうちの一端Ａの直径をｄＡ、他端Ｂの直径をｄＢ、中央部Ｃにおける最小直径をｄＣ、長手方向の長さをＬとしたとき、ｄＡ、ｄＢがともに２ｍｍ以下で、ｄＡ≧ｄＢ＞ｄＣであるとともに、ｄＡに対する長さＬの比率が３以上であり、ｄＢ／ｄＡ＝０．９６〜１、かつｄＣ／ｄＡ＝０．９〜０．９９５である。
【００２０】
この形状からなるブランク２は、ブランク２の端部の直径がブランク２の中央部の直径に比べて大きいのでロウ付け面積も広くロウ付け強度も高いものである。また、このｄＢ／ｄＡ＝０．９６〜１のブランク２は、ｄＢ／ｄＡが０．９６未満のテーパ形状に比べて、シャンク３へのロウ付け工程において、ブランク２の向きを揃える必要がない。そのため、ロウ付け工程が簡略化できる。さらに、ブランク２とシャンク３との中心軸のずれが小さい状態でロウ付けされるので、ロウ付けした後の刃付け加工する際の研削代を小さくすることもできる。
【００２１】
なお、ブランク２の好適な寸法は、ｄＡ、ｄＢが０．３〜１．７ｍｍ、長さＬが３〜２０ｍｍであり、ｄＢ／ｄＡ＝０．９８５〜１、かつｄＣ／ｄＡ＝０．９８０〜０．９９５である。
【００２２】
また、本実施態様のブランク２においては、一端Ａ、他端Ｂ側におけるＷＣ粒子の平均粒径が、中央部ＣにおけるＷＣ粒子の平均粒径よりも大きい。これによって、ブランク２を加工して形成されるドリル１の刃先５の加工時における欠けを抑制できるとともに、フルート溝形成部６の剛性が高いので、ドリル１の刃先５の加工時におけるフルート溝形成部６の芯ずれを抑制して、フルート溝形成部６の加工寸法精度を高めることができる。
【００２３】
（ブランクの製造方法）
ここで、上記ドリル用ブランク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顆粒とし、成形用粉末とする。
【００２４】
一方、プレス成形金型（以下、単に金型と略す。）を準備し、金型のダイスの空隙部内に上記顆粒を充填する。そして、ダイスの空隙部内に充填された顆粒の上方から上パンチを下降させて加圧することにより成形体を作製する。
【００２５】
ここで、成形体の作製条件については、顆粒の平均粒径を１００〜１５０μｍ、顆粒の粒度ばらつきを６０〜１００μｍに制御する。顆粒の粒度ばらつきは、望ましくは平均粒径に対して±３０〜５０μｍの範囲内に制御する。顆粒の粒度ばらつきを制御するには、ふるい分級等によって調整することができる。また、成形時に空隙部の所定の位置に下パンチを載置して、下パンチと空隙部とで囲まれた凹部内に上方から顆粒を充填し、上パンチを上方から下降させることによって、上下パンチで成形体を成形する。その後、この加圧時の上パンチの保持位置から上パンチの位置が０．１ｍｍ〜２ｍｍだけ下方に下降するように上パンチに追加荷重を加えるとともに下パンチの荷重を小さくする。
【００２６】
この成形条件によって、成形体の圧力ムラを改善できて、下パンチ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、成形体を焼成した後のブランク２の形状を所定の形状とすることができる。つまり、成形体の密度が一端ａ、および他端ｂでは高く、中央部ｃでは低い状態となることによって、焼結後の焼結体の寸法は、一端ａ、他端ｂに比べて中央部ｃでより収縮して、ｄＢ／ｄＡ＝０．９６〜１、かつｄＣ／ｄＡ＝０．９〜０．９９５となる。
【００２７】
すなわち、直径が２ｍｍより大きい形状の焼結体を得るための成形体をプレス成形で作製する際には、金型への粉末を充填する際に顆粒が均一に充填されるが、直径が２ｍｍ以下の焼結体を得るための成形体をプレス成形で作製すると、従来の方法では、金型への粉末を充填する際に顆粒の充填が不均一となってしまう。本発明では、上記成形条件を制御することによって、成形体を作製することができ、かつ所定形状のブランクを得ることができる。
【００２８】
なお、製造効率を高めるとともに、上パンチが傾いて下降しないようにするために、金型には上パンチ−空隙部−下パンチのセットが複数設けられて、一度に複数本の成形体を成形することができる。上パンチ−空隙部−下パンチのセット数は、例えば、４〜１４４本である。また、金型の側面形状は、上パンチから下パンチまで同じ直径のストレート形状であってもよい。または、上パンチ側よりもより圧力のかかりやすい下パンチ側において焼成時の収縮が少ないので、その分を加味して焼成後上パンチ側と下パンチ側との寸法が同じとなるようにする範囲内で、図２に示すように、ダイス２１の粉末充填部（空隙部）２２に顆粒２５を充填して上パンチ２４と下パンチ２３との間で顆粒２５を加圧してプレス成形する金型２０において、下パンチ２３側の直径ＤＡを上パンチ２４側の直径ＤＢよりも小さくしておいてもよい。これによって、ｄＢ／ｄＡ比を所定範囲に制御することができる。
【００２９】
そして、成形体は金型から取り出され、真空中、１３００〜１５００℃で焼成されることによってブランク２となる。さらに、所望により、ドリル１の表面には被覆層（図示せず）を成膜することもできる。
【００３０】
上述した本実施態様のブランク２の製造方法によれば、ブランク２がプレス成形にて成形されているので、押出成形に比べて成形工程が少なくて製造が容易である。また、ブランク２の成形体を焼成した後のブランク２の寸法変化が小さいので、ブランク２の寸法精度が高い。そのために、ブランク２をドリル１の形状に対して削り代を少ない形状とできる。さらに、ブランク２がプレス成形にて形成されたものは、押出成形に比べて、成形時に添加するバインダの添加量を少なくできるので、焼結体（ブランク２）中のボイドや残留炭素等の欠陥が存在しにくい信頼性の高い材料となる。また、このブランク２の成形工程においては、成形体中の密度ムラを調整できるので、欠け等が発生しにくい安定した成形が可能である。
【００３１】
また、ｄＡが２ｍｍ以下のブランク２の製造において、プレス成形によって成形体を作製することによって成形体の密度差が生じる。そのため、ブランク２の端部（一端Ａ、他端Ｂ）のほうが中央部Ｃよりも超硬合金の焼結が進む傾向がある。そこで、本実施態様では、成形時に使用する顆粒の状態を調整するとともに、上下パンチで加圧した後、上パンチのみで追加荷重を加えることによって、金型が破損することを抑制できるとともに、ブランク２の両端の成形体密度を調整できる。その結果、焼成されたブランク２を構成する超硬合金のＷＣ粒子の平均粒径を上記のように調整できる。
【００３２】
（ドリルの製造方法）
上記工程によって得られたブランク２は、数十本または数百本の単位でランダムにロウ付け装置内に投入される。ブランク２は、ロウ付け装置内で長手方向に整列され、自動的に、別途準備されたシャンク３に続く首部７の所定の位置に当接された後、レーザ等でロウ付けされる。その後、ロウ付けされたブランク２に刃付け加工を施す。
【００３３】
このとき、図１においては、一端Ａ側がドリル１の刃先５側で、他端Ｂ側がドリル１のシャンク３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、ロウ付け時の整列機内にてランダムに選択されるため、一端Ａがドリル１のシャンク３側で、他端Ｂがドリル１の刃先５側となる場合もある。
【００３４】
（ドリル）
上記ブランク２の刃付け加工によって、ドリル１が作製される。図３のドリル１の形状は、一端Ａ側に刃先５を備え、刃先５と、それに続くフルート溝形成部６と、首部７とでボディ８を構成している。刃先５とフルート溝形成部６が加工部となっている。そして、ボディ８に続いてシャンク３を有している。ここで、刃先５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６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７はドリル１の加工径（フルート溝形成部６の直径）とシャンク３の直径とを調整するつなぎである。シャンク３はドリル１を加工機に固定する部分である。
【００３５】
上記方法で得られたドリルは、超硬合金からなる刃先５とフルート溝形成部６とをからなる加工部を備えて、該加工部の最大直径が２ｍｍ以下である。
【００３６】
また、本実施態様のブランク２を用いたドリル１は、ドリル１の刃先５におけるＷＣ粒子の平均粒径が、加工部の中央部ＣにおけるＷＣ粒子の平均粒径よりも大きい。そのため、フルート溝形成部６の剛性が高いとともに、刃先５におけるチッピングが抑制される。なお、本発明において、一端Ａおよび他端Ｂとはブランク全長に対して１０％の長さまでと定義する。
【００３７】
また、首部７とシャンク３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２を首部７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７の先端にロウ付けされるブランク２の直径を刃先５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５からシャンク３までをブランクで形成するものであってもよい。また、ドリルは、首部７を省略した形状であってもよい。
【実施例】
【００３８】
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（Ｃｒ３Ｃ２）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表１に示す平均粒径の顆粒を作製した。【００３９】
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（下パンチ側の直径ＤＡ、上パンチ側の直径ＤＢ）の成形体を作製した。なお、試料Ｎｏ．６の成形体については長さ３０ｍｍの金型に変更した。また、表中、加圧後の追加荷重による上パンチの下降量については、単に下降量と表記した。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、パンチの破損等の不具合が発生するか否かを判断した。そして、この成形体を真空中、１３５０℃で焼成してブランクとした。【００４０】
得られたブランクの長手方向について、一端Ａ、他端Ｂ、中央部Ｃの最小直径について寸法を測定し表２に記載した（ｄＡ、ｄＢ、ｄＣ）。なお、ブランクの長手方向の長さは試料Ｎｏ．６以外については８ｍｍであり、表１にアスペクト比（８／ｄＡ）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一端Ａ、他端Ｂ、中央部ＣのＷＣ粒子の平均粒径を算出した。結果は表２に示した。なお、一端Ａと他端ＢのおけるＷＣ粒子の平均粒径は同じであったので、他端側ＢにおけるＷＣ粒子の平均粒径の記載は省略した。【００４１】
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２に示した。
（ドリル加工テスト条件）
被削材  ：ＦＲ４・６層板、１．６ｍｍ厚、２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．
評価項目：孔開け加工ができた製品の個数（個）【００４２】
【表１】
0005922758.tif 000002
【００４３】
【表２】
0005922758.tif 000003
【００４４】
表１、２より、ｄＡが２ｍｍを超える試料Ｎｏ．６では、ブランクの直径が大きすぎて研磨代が多すぎ、ドリルを加工することが現実的でなく、ドリルの作製を断念した。また、顆粒の平均粒径が１００μｍよりも小さい試料Ｎｏ．８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ので、ドリル用ブランクの作製を途中で断念した。さらに、顆粒の平均粒径が１５０μｍよりも大きい試料Ｎｏ．７、顆粒の粒度バラつきが１００μｍ以上ある原料にて成形した試料Ｎｏ．９、加圧後の上パンチの追加荷重の下降量が２ｍｍを超える試料Ｎｏ．１０については、ｄＣ／ｄＡが０．９より小さくなり、加工個数も少ないものであった。これは、焼結体の組織ムラがあることが原因と思われる。また、加圧後に上パンチで追加荷重をかけなかった試料Ｎｏ．１１については、ｄＢ／ｄＡが０．９６よりも小さくなり、ロウ付け時のロウ付け精度が低くなった。【００４５】
これに対して、ｄＡ、ｄＢが２ｍｍ以下で、かつ、ｄＡ≧ｄＢ＞ｄＣであるとともに、ｄＡに対する長さＬの比率が３以上、ｄＢ／ｄＡ＝０．９６〜１、かつｄＣ／ｄＡ＝０．９〜０．９９５の試料Ｎｏ．１〜５、１２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。
【符号の説明】
【００４６】
１    ドリル
２    ブランク（ドリル用ブランク）
Ａ    一端
Ｂ    他端
Ｃ    中央部
３    シャンク
５    刃先
６    フルート溝形成部
７    首部
８    ボディ
ｄＡ  一端Ａ側の直径
ｄＢ  他端Ｂ側の直径
ｄＣ  中央部の最小直径
ＤＡ  成形体の下パンチ側の直径
ＤＢ  成形体の上パンチ側の直径
【図１】
0005922758.tif 000004
【図２】
0005922758.tif 000005
【図３】
0005922758.tif 000006