(57)【要約】  本発明は、ドリル用のツールブランク（１）に関する。ツールブランクは、実質的に円筒状であり、前端（２）と、後端（３）と、それらの間に伸長する中央縦方向軸（Ｌ）と、を有する。ツールブランクは、前端に形成された、超硬材料の少なくとも１つのベイン（４）を含む。ベインは、深さ（Ｄ）を軸方向に有し、底面（１２）と、第１の側面（１３）と、第２の側面（１４）と、を含む。ベインのそれぞれは、ツールブランクの外縁から内向き方向にエクステンションを有する。ベインのそれぞれについて、第１の側面は、ベインのエクステンションの少なくとも主要部にわたり、ツールブランクの縦方向軸までの半径方向の距離と共に変化する、縦方向軸に対する傾斜角度（α）を形成する。傾斜角度は、ツールブランクから製造されるドリル（５）の所望する軸方向のすくい角に実質的に対応する。本発明はまた、そのようなツールブランクから製造されるドリルと、ドリルを製造する方法と、にも関する。【選択図】図３Ａ
2021523836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドリル用のツールブランク（１）であって、前記ツールブランクは、実質的に円筒状であり、前端（２）と、後端（３）と、それらの間に伸長する中央縦方向軸（Ｌ）と、を有し、前記前端に形成された、超硬材料の少なくとも１つのベイン（４）を含み、前記ベインは、深さ（Ｄ）を軸方向に有し、底面（１２）と、第１の側面（１３）と、第２の側面（１４）と、を含み、前記ベインは、前記ツールブランクの外縁から内向き方向にエクステンションを有する、ドリル用のツールブランク（１）であって、前記ベインの前記第１の側面は、前記ベインの前記エクステンションの少なくとも主要部にわたり、前記縦方向軸までの半径方向の距離と共に変化する、前記縦方向軸に対する傾斜角度（α）を形成し、前記傾斜角度は、前記ツールブランクから製造されるドリル（５）の所望する軸方向のすくい角に実質的に対応するようになっていることを特徴とする、ドリル用のツールブランク（１）。
【請求項２】
前記ベインは、製造される前記ドリルの切削エッジが、前記超硬材料製とできるよう配置される、請求項１に記載のツールブランク。
【請求項３】
前記第２の側面は、前記第１の側面と同じ、前記縦方向軸に対する前記傾斜角度を有する、請求項１または請求項２に記載のツールブランク。
【請求項４】
前記ベインの幅は、前記ベインの前記深さ及び前記エクステンションの少なくとも主要部にわたって一定である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のツールブランク。
【請求項５】
前記傾斜角度は、前記ツールブランクの前記外縁から、前記ベインの前記エクステンションに沿って継続して小さくなる、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のツールブランク。
【請求項６】
前記ベインの前記底面の少なくとも一部は、前記ツールブランクの前記縦方向軸に対して傾斜しており、前記ベインの前記深さが、前記ツールブランクの前記外縁から、前記ベインの前記エクステンションに沿って浅くなるようになっており、前記底面の前記傾斜は、前記ツールブランクから製造される前記ドリルの前記切削エッジのプロファイルに対応する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のツールブランク。
【請求項７】
前記前端に形成された、超硬材料の少なくとも２つのベインを含む、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のツールブランク。
【請求項８】
前記ベインは、前記ツールブランクの前記縦方向軸にて集合して繋がる、請求項７に記載のツールブランク。
【請求項９】
前記ベインは、前記ツールブランクの前記縦方向軸まで完全に伸長せず、前記ツールブランクの前記前端に、前記縦方向軸を中心として、ベインを全く含まない領域がある、請求項７に記載のツールブランク。
【請求項１０】
前記ツールブランクの少なくとも一部は、付加製造により作られる、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のツールブランク。
【請求項１１】
前記超硬材料は、多結晶ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素を含む、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のツールブランク。
【請求項１２】
前記超硬材料から少なくとも部分的に形成された少なくとも１つの切削エッジを含む、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のツールブランクから製造されるドリル。
【請求項１３】
少なくとも２つの切削エッジ及び２つのフルートを含む、請求項１２に記載のドリル。
【請求項１４】
実質的に円筒状のニブプリブランクに、少なくとも１つのベインスロットを、その前端に形成することであって、前記ベインスロットを形成することは、底面を、ある深さにて形成することと、第１の側面及び第２の側面を、前記ニブプリブランクの外縁から内向きのエクステンションに形成することと、を含み、前記第１の側面を形成することは、前記面を、前記ベインスロットの前記エクステンションの少なくとも主要部にわたり、縦方向軸までの半径方向の距離と共に変化する前記ニブプリブランクの縦方向軸に対する傾斜角度にて、前記傾斜角度が、ドリルの所望する軸方向のすくい角に実質的に対応するよう、形成することを含む、実質的に円筒状のニブプリブランクに、少なくとも１つのベインスロットを、その前端に形成することと、
前記ベインスロットに、少なくとも部分的に、超硬材料の粒子を含む粉末又はスラリーを充填することと、
高圧及び高温を前記ニブプリブランクに適用して、前記ベインスロット内の前記超硬材料を前記ニブプリブランクに溶着し、前記超硬材料の少なくとも１つのベインを有する焼結ニブを形成することと、
前記焼結ニブを実質的に円筒状のツールブランクベースボディに接続することにより、完全なツールブランクを形成することと、
少なくとも１つの切削エッジ及び少なくとも１つのフルートを前記ツールブランクに、前記ツールブランクの材料を除去することにより形成し、前記切削エッジが、前記超硬材料から少なくとも部分的に形成されることと、を含む、ドリルを製造する方法。
【請求項１５】
前記焼結ニブは、ろう付け又は焼結融着により、前記ツールブランクベースボディに接続される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ニブプリブランクは、付加製造により形成される、請求項１４または請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶ダイヤモンド（ｐｏｌｙ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｄｉａｍｏｎｄ又はＰＣＤ）又は立方晶窒化ホウ素（ｃｕｂｉｃ  ｂｏｒｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ又はＣＢＮ）などの超硬材料のベインを含むドリル用のツールブランクに関する。本発明はまた、そのようなツールブランクから作られるドリルと、ドリルを製造する方法と、にも関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる材料をドリルの先端に含み、切削エッジが、特定の種類のワークピース材料を加工することにより適した材料にて形成されるようになっている、ソリッドな焼結炭化物ドリルが知られている。例えば、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）又は立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）などの超硬材料の切削エッジを有する焼結炭化物ドリルが知られている。そのようなドリルを製造する１つの方法は、ベインスロットをツールブランクの先端にグラインディングすることと、ベインスロットに超硬材料（例えば、ＰＣＤ）の粉末を充填することと、超硬材料をツールブランクに、高圧及び高温の下で溶着し、超硬材料のベインがツールブランクに形成されるようにすることと、に関連する。その後、フルートをグラインディングすることなどによる従来の方法にて、切削ツールが形成される。ベイン付きドリルを製造する際には、「ニブ」としても時に呼ばれるドリルブランクの先端部のみを、上記のプロセスを使用して製造し、続いて、ニブを従来のツールブランクに、ろう付けなどにより、フルートをグラインディングすることの前に接続することが、一般に行われる。ＥＰ２５１９３７８は、ベイン付きドリルと、そのようなドリルを製造するプロセスと、を開示する。フルート及び切削エッジをベイン付きツールブランクに形成する際には、焼結炭化物及び超硬材料の双方がベイン内から、ある程度除去される。ＰＣＤ、及び、他の超硬材料は高価で加工が難しく、困難で時間のかかる高価な製造プロセスとなる。さらに、たった数度の再研磨の後、超硬材料が摩耗し尽くすと、ベイン付きツールは使えなくなる。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の目的は、従来技術の欠点を軽減し、再研磨の回数を増やすことが可能で、超硬材料の無駄が減る、最適なジオメトリを有するベイン付きドリルを提供することである。
【０００４】
したがって、第１の態様によると、本発明は、ドリル用のツールブランクに関する。このツールブランクは、実質的に円筒状であり、前端と、後端と、それらの間に伸長する中央縦方向軸と、を有する。ツールブランクは、前端に形成された、超硬材料の少なくとも１つのベインを含む。ベインは、深さを軸方向に有し、底面と、第１の側面と、第２の側面と、を含む。ベインは、ツールブランクの外縁から内向き方向にエクステンションを有する。ベインの第１の側面は、ベインのエクステンションの少なくとも主要部にわたり、ツールブランクの縦方向軸までの半径方向の距離と共に変化する、縦方向軸に対する傾斜角度を形成する。傾斜角度は、ツールブランクから製造されるドリルの所望する軸方向のすくい角に実質的に対応する。
【０００５】
別の態様によると、本発明は、そのようなツールブランクから製造されるドリルに関する。ドリルは、超硬材料のベインから少なくとも部分的に形成された少なくとも１つの切削エッジを含む。
【０００６】
したがって、ツールブランクにおけるベインのそれぞれは、好ましくは、製造されるドリルの切削エッジが、超硬材料製とできるよう配置される。
【０００７】
本発明は、ベイン付きドリルが、従来のソリッドなツイストドリルのジオメトリに近いジオメトリを有することが、有益となるであろうことの見識に基づく。発明者は、大きならせん角度と、従来のように配置されて形成されたベインを有する従来のツイストドリルジオメトリと、を有するベイン付きドリルを製造するために、広いベインが必要であり、非常に多くの超硬材料を除去し、従来のソリッドな焼結炭化物ツイストドリルに一般的に使用される、切削エッジの一定でない軸方向のすくい角を作成しなければならないことを認識している。そのような、超硬材料の、広域の、しかし局所的に異なる除去の結果としての、ベインの不均一な幾何学的エクステンションはまた、可能となるのであろう後続の再研磨の回数をも減らす場合がある。
【０００８】
本発明に係る設計により、ドリルの所望するすくい角を作成するために除去しなければならない超硬材料の量は、少なくなる。したがって、超硬材料のベインは、一定に近い幅と、大きな深さと、を有して作ることができ、切削エッジのいずれの箇所にて、超硬材料を使い尽くす前に、再研磨の回数を増やすことができる。したがって、ドリルのいくつかの実施形態によると、ツールブランクにおいてベインから形成された、超硬材料のボディは、その深さのすべてに沿って、切削エッジに沿う半径方向の箇所のすべてにて、均一な厚さを有し得る。
【０００９】
本発明は、したがって、ジオメトリ及び寿命が改善され、その製造中に、超硬材料の無駄が減る、ツールブランクと、ベイン付きドリルと、を提供する。
【００１０】
ここに使用されるように、超硬材料は、少なくとも２５ＧＰａのビッカーズ（Ｖｉｃｋｅｒｓ）硬度を有する材料として理解される。この硬度は、切削ツールに使用される従来の焼結炭化物の硬度より高い。したがって、ベインの材料は、ツールブランク周囲の材料より高い硬度を有することとなる。合成並びに自然ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、及び、多結晶ｃＢＮ（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｃＢＮ又はＰＣＢＮ）材料は、超硬材料の例である。
【００１１】
ここに使用されるような、「実質的に円筒状」という表現は、少なくとも部分的な、本質的に円筒状、として解釈される。したがって、この表現は、例えば、製造のしやすさを理由として、又は、ポイント状のドリル先端を画定するために、前端がテーパ状となっているツールブランクを含む。
【００１２】
「ツールブランク」という表現は、ドリルのシャンクを形成する部分を含む、完全なツールブランクを指す場合がある。代替的に、この表現は、そのような完全なツールブランクの一部、特に、ドリルの切削エッジが形成される、最前方に配置された部分、すなわち、ベインが形成されている部分のみを指す場合がある。そのような部分は、ニブとも呼ばれる。ツールブランクがそのようなニブである場合、ドリルを製造することは、ニブをベースボディに接続し、そこからドリルを形成できる、完全なツールブランクが取得されるようになることを含むであろう。ニブは、相対的に短いが、ベインを収容するために依然として十分長い、すなわち、ベインの最大深さよりも長い、軸方向の長さを有してよい。ツールブランクの残りの部分、すなわち、ツールブランクベースボディ、は、ニブの軸方向の長さより長い軸方向の長さを有してよい。ここに使用されるように、「ツールプリブランク」又は「ニブプリブランク」という表現は、超硬材料のベインはまだ形成されていないが、ベインを収容するためのスロットが形成されている状態にあるブランクを指す。これは、超硬材料のベインを含むブランクを指す、「ツールブランク」又は「ニブ」という表現とは対照的である。
【００１３】
ベイン又はベインスロットのそれぞれのエクステンションを指す際にここに使用されるような、ツールブランク又はツールプリブランクの外縁から「内向き方向」は、実質的に、又は、少なくとも部分的に、縦方向軸に近づく半径方向として理解されるべきであるが、半径方向に完全に一致する、すなわち、縦方向軸に真っ直ぐ向かう方向に限定されない。それどころか、内向き方向は、半径成分が、接線成分より大きいいずれの方向をカバーする。すなわち、ベイン又はベインスロットは、縦方向軸に、そのエクステンションのすべてに沿って、ある程度近づくようになっている。一例として、ベインの好適な設計は、半径方向とは少し異なる方向の、初期のエクステンションと、縦方向軸に真っ直ぐ向かう方向の、後続のエクステンションと、を取り込んでよい。したがって、ベインの一般的な方向は、実質的に縦方向軸に向かう、又は、少なくとも、縦方向軸に近い点に向かうこととなるが、ベインは、縦方向軸に向かって直線状に伸長する必要はなく、曲線をなすエクステンションを有してよい、及び／又は、そのエクステンションに沿う様々な箇所にて方向を変えてよい。
【００１４】
ベインの第２の側面は、そのベインの、第１の側面と同じ、縦方向軸に対する傾斜角度と、幅と、を有してよい。すなわち、第１及び第２の側面の間の最短距離は、ベインの深さ及びエクステンションの少なくとも主要部にわたって一定であってよい。ベインのそれぞれのそのような均一な設計は、ツールブランク及びドリルの製造に必要な超硬材料の量を、可能な再研磨の回数を妥協することなく減らす。
【００１５】
傾斜角度は、ツールブランクの外縁から、ベインのエクステンションに沿って、継続して小さくなってよい。これにより、ベインジオメトリは、ツイストドリルに一般的に使用されるすくい角ジオメトリに対応し得る。
【００１６】
ベインのそれぞれの底面は、平らであってよく、ツールブランクの中央縦方向軸に鉛直して配置されてよい。代替的に、ベインのそれぞれの底面は、ツールブランクの縦方向軸に対して傾斜しており、ベインの深さが、ツールブランクの外縁から、ベインのエクステンションに沿って浅くなるようになっており、底面の傾斜は、ツールブランクから製造されるドリルの切削エッジのプロファイルに対応する。そのような実施形態では、底面は、ドリル先端と同じプロファイルを有してよい。そのようなプロファイルは、特定の点角によって、及び、可能であれば、コーナーの面取り又はコーナー半径などの、コーナーのモディフィケーションによっても、特徴付けられてよい。底面のそのようなジオメトリは、超硬材料を使い尽くす前に、切削エッジのいずれの箇所にて、可能な再研磨の回数をさらに増やすであろう。ツールブランクの前端にはまた、同様のプロファイル、例えば、ツールブランクから製造されるドリルの点角に対応するテーパ―角が少なくとも部分的に形成されてもよい。
【００１７】
ツールブランクは、単一のベインを含んでよい。一例として、そのようなツールブランクは、単一のフルートのあるドリルの製造に使用できる。代替的に、ツールブランクは、前端に形成された、超硬材料の少なくとも２つのベインを含んでよい。そのようなツールブランクから、従来のツイストドリル設計などを有する、２つのフルートのあるドリルを製造できる。２つのベインは、円周方向に１８０°毎に間隔があき、ツールブランクの外縁の対向する両側から実質的に互いに向かって内向きに伸長してよい。ツールブランクは、追加的なベインを含んでよい。本発明は、いずれの特定の数のベイン、又は、対応するドリルの、いずれの特定の数のフルート／切削エッジに限定されない。例えば、３つのベインを有するツールブランクを使用して、３つのフルートのあるドリルを製造してよい。
【００１８】
ツールブランクの前端に形成されたベインは、ツールブランクの縦方向軸にて集合して繋がってよい。そのような設計を使用して、ツールブランクから製造されるドリルの切削エッジの部分のすべてが、超硬材料から形成されることとなる。互いに対向して形成された、すなわち、円周方向に１８０°毎に間隔があいている２つのベインを有するツールブランクについて、ベインは、ツールブランクの外縁の一方側から、ツールブランクの反対側に伸長し、縦方向軸を通過する、単一のフォーメーションを作成することとなる。
【００１９】
代替的な実施形態によると、ベインは、ツールブランクの縦方向軸まで完全に伸長せず、ツールブランクの前端に、縦方向軸を中心として、ベインを全く含まない領域があってよい。そのような設計によると、ベイン付き焼結炭化物ツールブランクから製造されるドリルについて、縦方向軸付近に配置される、切削エッジの、チゼルなどのいくつかの部分は、超硬材料ではなく、焼結炭化物から形成されることとなる。焼結炭化物は超硬材料より強靭であり、そのような構成は、特定のアプリケーションにおいて好適となり得る。
【００２０】
ツールブランクの少なくとも一部、特に、ベインが形成される部分は、付加製造により作られてよい。これにより、ドリルの製造が簡素化される。例えば、ツールブランクがニブの場合、ニブプリブランク全体、すなわち、超硬材料のベインを除くニブは、好ましくは、付加製造により作られる。ツールブランクが、全長にわたり、ニブと、ベースボディと、からなる完全なツールブランクである場合、好ましくは、ニブプリブランクのみが、付加製造により作られる。付加製造は、ジオメトリが継続して及び／又はスムーズに変化する、キャビティ、スロット、又はチャネルなどの、複雑な特徴を作ることに特に適している。したがって、付加製造は、好ましくは、超硬材料のベインが形成されるスロットを含む部分に使用される。なぜなら、これは、ベインの位置及び設計を正確に制御できるからである。ベイン自体は、付加製造により形成されない。
【００２１】
本発明の別の態様によると、ドリルを製造する方法が提供される。この方法は、
実質的に円筒状のニブプリブランクに、少なくとも１つのベインスロットを、その前端に形成することであって、ベインスロットを形成することは、底面を、ある深さにて形成することと、第１及び第２の側面を、ニブプリブランクの外縁から内向きのエクステンションに形成することと、を含み、第１の側面を形成することは、その面を、ベインスロットのエクステンションの少なくとも主要部にわたり、縦方向軸までの半径方向の距離と共に変化するニブプリブランクの縦方向軸に対する傾斜角度にて、傾斜角度が、ドリルの所望する軸方向のすくい角に実質的に対応するよう、形成することを含む、実質的に円筒状のニブプリブランクに、少なくとも１つのベインスロットを、その前端に形成することと、
ベインスロットに、少なくとも部分的に、超硬材料の粒子を含む粉末又はスラリーを充填することと、
高圧及び高温をニブプリブランクに適用して、ベインスロット内の超硬材料をニブプリブランクに溶着し、超硬材料の少なくとも１つのベインを有する焼結ニブを形成することと、
焼結ニブを実質的に円筒状のツールブランクベースボディに接続することにより、完全なツールブランクを形成することと、
少なくとも１つの切削エッジ及び少なくとも１つのフルートをツールブランクに、ツールブランクの材料を除去することにより形成し、切削エッジが、超硬材料から少なくとも部分的に形成されることと、を含む。
【００２２】
ベイン付きドリルを製造するそのようなアプローチは、超硬材料を溶着するために必要な高圧及び高温にさらす必要があるものが、相対的に小さなニブのみであるために好ましく、これは、製造を促進する。ベインスロット付きの完全なツールブランクを、単一の一体ボディとして形成可能となり得る場合であっても、これはしたがって、超硬材料をツールブランクに溶着することを複雑にするであろう。
【００２３】
明白なように、ベインスロットの底面と、第１及び第２の側面と、は、そこに形成される、超硬材料のベインの表面のそれぞれに対応する。したがって、ここでの開示では、それらの表面のそれぞれについて言及することを、表面の向き（例えば、傾斜）を説明する際に、互いに交換可能に使用できる。したがって、縦方向軸に対して、ベインスロットの第１の表面により形成される傾斜角度は、縦方向軸に対して、対応するベインの第１の表面により形成される傾斜角度に対応するものとして理解されるべきである。
【００２４】
ベインスロットは、好ましくは、そこに続いて溶着される超硬材料が、例えば、続いて形成されるドリルの切削エッジの少なくとも一部を形成するよう配置されるよう、配置される。
【００２５】
ニブプリブランク及び／又はツールブランクベースボディ（すなわち、超硬材料のベイン以外の、ツールブランクの部分すべて）は、タングステン炭化物などの焼結炭化物、又は、同様の硬度の他の材料から形成されてよい。ニブプリブランク及びベースボディの双方は、同じ材料製であってよいが、これは必須ではない。
【００２６】
多数の粒子、すなわち、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）又は多結晶立方晶窒化ホウ素（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｃｕｂｉｃ  ｂｏｒｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ又はＰＣＢＤ）などの超硬材料の粒子を含む粉末を使用して、これをベインスロットに充填してよい。任意に、アルコールなどのバインダー材料、又は、従来技術に使用され得るいずれの他のバインダー材料を粒子に加えて、スラリーを形成してよい。粉末／スラリーは、ニブプリブランクのベインスロットに少なくとも部分的に充填するよう、ベインスロット内に詰められる。ベインスロットには、粉末／スラリーが完全に、又は、いくらか過剰に充填されてよい。
【００２７】
ベインスロット内の超硬材料が、ニブプリブランクに溶着されている場合、これにより作成された超硬材料のベインは、焼結ニブの一体部品として作用する。
【００２８】
焼結ニブは、ツールブランクベースボディに、ろう付け、焼結融着、又は、ツールボディの異なる部分の接合に適したいずれの他の既知の方法を使用して接続されてよい。
【００２９】
フルート及び切削エッジをツールブランクに形成することは、グラインディングに関連する。他の代替案としては、レーザー加工又は放電加工が挙げられる。本発明に係る方法を使用することにおいては、切削エッジと、対応するすくい面及び逃げ面と、を作成するために、相対的に少量の超硬材料のみを除去しなければならない。クーラントを切削エッジに分配するチャネルなど、ドリルには他の特徴が形成されてもよい。しかし、そのような特徴はまた、ツールブランクベースボディにすでに形成されていてもよい、及び／又は、ニブプリブランクを形成する間に形成されてもよい。
【００３０】
ニブプリブランクは、付加製造を使用して作られてよい。ツールブランクベースボディ又は完全なツールプリブランク（すなわち、超硬材料のベインを除くツールブランク）を、単一の一体ボディとして作るために、付加製造を使用することが可能であっても、複雑なジオメトリを有する、相対的に小さなニブプリブランクのみを、付加製造により製造し、一方で、複雑でないジオメトリを有するツールブランクベースボディを、従来の方法により製造することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るツールブランクを示す。
【図２Ａ】図１のツールブランクから製造されたドリルを示す。
【図２Ｂ】図１のツールブランクから製造されたドリルを示す。
【図３Ａ】ツールプリブランクの等角図を示す。
【図３Ｂ】ツールプリブランクの側面図を示す。
【図３Ｃ】ツールプリブランクの上面図を示す。
【図３Ｄ】ツールプリブランクの断面図を示す。
【図３Ｅ】ツールプリブランクの断面図を示す。
【図３Ｆ】ツールプリブランクの断面図を示す。
【図４】ツールプリブランクの別の実施形態の等角図である。
【図５】ツールプリブランクのさらに別の実施形態の等角図である。
【図６Ａ】ツールプリブランクのさらに別の実施形態の等角図である。
【図６Ｂ】ツールプリブランクのさらに別の実施形態の側面図である。
【図７】ドリルを製造する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、本発明に係るツールブランク１の側面図である。ツールブランクは、前端２と、後端３と、それらの間に伸長する中央縦方向軸Ｌと、を有する。ツールブランクは、２つのベイン４（その１つを図１に見ることができる）が形成されているニブ１５と、ツールブランクベースボディ１６と、からなる。ニブ１５とベースボディ１６とは、インターフェース１７にて接続される。これらの図では実線で示すが、インターフェース１７は、必ずしも目視できるものではない。ベイン４は、深さＤを軸方向に有する。ベイン４のそれぞれは、ツールブランク１の前端２にわたり、ツールブランクの外縁から内向き方向に伸長する。
【００３３】
図２Ａ及び図２Ｂは、図１のツールブランクから製造されたドリル５を示す。ドリルは、超硬材料のベインから形成された切削エッジ７を含む。この例示的実施形態に係るドリルは、フルート７、及び、クーラントを、ドリルを通して切削エッジに運ぶためのクーラントチャネル８などの、他の特徴も同様に含む。切削エッジ７のそれぞれは、すくい面（フェイス）と、レリーフ面（フランク）と、の間の交差部に形成されている。軸方向のすくい角は、フェイスと、中央縦方向軸に並列なラインと、の間の角度である。ドリルの外縁において、すくい角は、らせん角度と同等であるが、ドリルの中央縦方向軸に近づくにつれて小さくなる。図２Ａから図２Ｂに見られるように、ツールブランク１のベイン４における超硬材料は、その製造後に、ドリル５において部分的に露出しており、切削エッジと、すくい面及び逃げ面の少なくとも一部と、が、超硬材料から形成されるようになっている。
【００３４】
図３Ａから図３Ｆは、ツールプリブランク１０、すなわち、超硬材料のベインがまだ形成されていない状態のツールブランクを示す。この例示的実施形態では、ツールプリブランク１０は、ニブプリブランク（例えば、図１に示すようなニブ１５に対応するジオメトリを有する）であり、中央縦方向軸Ｌを有し、焼結炭化物製である。ツールプリブランク１０は、ツールプリブランク１０の前側２に形成された、２つのベインスロット４’を含む。２つのベインスロット４’は、対称的に配置され、円周方向に１８０°毎に間隔があいており、ツールプリブランクの外縁の対向する両側から互いに向かって、実質的に半径方向に、内向きに伸長し、縦方向軸Ｌにて集合して繋がる。ベインスロット４’のそれぞれは、軸方向に深さＤを有し、底面１２と、第１の側面１３と、第２の側面１４と、を有する。第１の側面１３は、縦方向軸Ｌまでの半径方向の距離と共に変化する、縦方向軸Ｌに対する傾斜角度αを形成する。変化する傾斜角度は、ツールプリブランクから製造されるドリルの所望する軸方向のすくい角に実質的に対応する。
【００３５】
この実施形態では、第２の側面１４は、第１の側面と同様に変化する傾斜角度を有し、ベインスロット４’のそれぞれの幅が一定となっている。異なる断面（図３Ｃに示すような、Ｂ、Ｃ、Ａ、のそれぞれ）での断面図である、図３Ｄから図３Ｆに最良に見られるように、傾斜角度αは、外縁（図３Ｆの断面図Ｂ−Ｂ）付近で最大となる。外縁にて、傾斜角度αは、ツールプリブランク１０から製造されるドリルのらせん角度に対応する。軸方向の縦方向軸Ｌに近づくと、第１の側面の傾斜角度αは小さくなる（図３Ｅの断面図Ｃ−Ｃ）。縦方向軸では、第１の側面の傾斜角度αはゼロ付近にある（図３Ｄの断面図Ａ−Ａ、ここでは、第１の表面は、縦方向軸Ｌにほぼ並列な軸方向に伸長する）。
【００３６】
図４は、ツールプリブランクの縦方向軸にて集合して繋がる３つのベインスロット４’を含むツールプリブランクの別の実施形態を示す。ベインは対称的に配置され、円周方向に、ツールプリブランクを中心として、１２０°毎に間隔があいている。
【００３７】
図５は、２つのベインスロット４’が、ツールプリブランクの縦方向軸まで完全に伸長しない、焼結炭化物ツールプリブランクの別の実施形態を示す。したがって、ベインの形成後、ツールブランクの前端に、縦方向軸を中心とする、ベインを全く含まない領域が生じる。そのようなツールブランクから製造されるドリルは、チゼルなどの、縦方向軸付近に配置されるいくつかの部分が、ベインの超硬材料ではなく、焼結炭化物から形成される切削エッジを有することとなる。焼結炭化物は超硬材料より強靭であり、焼結炭化物からチゼルが作られる構成は、特定のアプリケーションに好適となり得る。
【００３８】
図６Ａから図６Ｂは、２つのベインスロット４’を含む焼結炭化物ツールプリブランクの別の実施形態を示す。図３Ａから図３Ｆに示す実施形態とは反対に、底面１２は、縦方向軸に非鉛直に配置される。底面は、ベインスロットの深さが、ツールプリブランクの縦方向軸に近づくにつれて浅くなるよう、縦方向軸に対して傾斜している。底面の傾斜は、ツールプリブランクから製造されるドリルの切削エッジのプロファイルに対応する。したがって、図６Ａから図６Ｂに示す実施形態では、縦方向軸付近の底面の部分のそれぞれは、所望するドリル点角に対応する傾斜を有する。一方、底面の周辺部は、曲線状である、すなわち、変化する傾斜を有し、ドリルの所望するコーナーのモディフィケーション、この場合はコーナー半径、に対応する。
【００３９】
図７は、本発明に係る切削ツールボディを製造する方法を示すフローチャートである。
【００４０】
ステップ７０１では、実質的に円筒状のニブプリブランクに、少なくとも１つのベインスロットが、その前端に形成される。ベインスロットのそれぞれを形成することは、底面を、ある深さにて形成することと、第１及び第２の側面を、ニブプリブランクの外縁から内向きのエクステンションに形成することと、を含む。第１の側面を形成することは、その面を、ベインスロットのエクステンションの少なくとも主要部にわたり、縦方向軸までの半径方向の距離と共に変化する、ニブプリブランクの縦方向軸に対する傾斜角度にて、傾斜角度が、ドリルの所望する軸方向のすくい角に実質的に対応するように形成することを含む。好ましくは、ニブプリブランクは、付加製造により作られる。例えば、選択的レーザー焼結又は電子ビーム溶解など、各種の付加製造方法が使用され得る。そのような技術は従来技術においてよく知られており、ここではそれらをさらに説明することをしない。
【００４１】
ステップ７０２では、ベインスロットに、少なくとも部分的に、超硬材料の粒子を含む粉末又はスラリーを充填する。したがって、多数の粒子、すなわち、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）又は多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＤ）などの超硬材料の粒子を含む粉末を使用して、これをベインスロットに充填してよい。任意に、アルコールなどのバインダー材料、又は、従来技術に使用され得るいずれの他のバインダー材料を粒子に加えて、スラリーを形成してよい。粉末／スラリーは、ブランクのベインスロットに少なくとも部分的に充填するよう、ベインスロット内に詰められる。ベインスロットには、粉末／スラリーが完全に、又は、いくらか過剰に充填されてよい。
【００４２】
ステップ７０３では、高圧及び高温がニブプリブランクに適用され、例えば、ベインスロット内の超硬材料をニブプリブランクに溶着し、超硬材料のベインを有する焼結ニブを形成する。ニブプリブランクは、約４５Ｋｂａｒから約９０Ｋｂａｒの圧力、及び、約１２００℃から約１６００℃の温度に、おおよそ約１から約５０分間さらしてもよい。超硬材料の粒子が直接、焼結プロセスにより、互いに、及び、炭化物に接合されると、ニブはプレスから取り除かれる。そのような焼結用の機器及び技術は、米国特許第２９４１２４８、３１４１７４６、３７４５６２３、及び３７４３４８９号に開示されている。
【００４３】
ステップ７０４では、焼結ニブは、例えば、焼結炭化物ロッドなどの従来のツールブランクといった、ツールブランクベースボディに接続される。これは、ろう付け若しくは焼結融着により、又は、２つのピースの焼結炭化物の接続に適した、従来技術において知られているいずれの他の技術により達成できる。
【００４４】
ステップ７０５では、フルート及び切削エッジが、ツールブランクの材料を除去することにより形成され、切削エッジが、超硬材料のベインから少なくとも部分的に形成される。このステップは通常、グラインディングに関連する。ドリルの、フルート及び／又は切削エッジ、又は、他の幾何学的特徴を形成するための他の技術には、レーザー加工及び放電加工が含まれる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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