ＰＣＤドリル
【課題】ＰＣＤ（多結晶ダイヤモンド）の超高圧焼結体を有する一対の切れ刃チップが重ね合わされてドリル本体に一体的に固設されるＰＣＤドリルにおいて、超高圧焼結体についても十分な接合強度が得られ、チッピングや欠けの発生が抑制されるとともに優れた加工精度が安定して得られるようにする。
【解決手段】一対の切れ刃チップ１６を反対向きに重ね合わせてろう付けする際に、真空または非酸化性雰囲気中でろう付け処理を行なうようにしたため、ＰＣＤの黒鉛化が抑制されるなどして、そのＰＣＤの超高圧焼結体１２についてもろうの拡散により他方の切れ刃チップ１６の台座２４との接合強度が十分に且つ安定して得られるようになる。これにより、切削抵抗による振動等でその超高圧焼結体１２が他方の切れ刃チップ１６から剥離し、チッピングや欠けが発生することが抑制され、種々の加工条件において安定した加工性能や工具寿命が得られるようになる。
【解決手段】一対の切れ刃チップ１６を反対向きに重ね合わせてろう付けする際に、真空または非酸化性雰囲気中でろう付け処理を行なうようにしたため、ＰＣＤの黒鉛化が抑制されるなどして、そのＰＣＤの超高圧焼結体１２についてもろうの拡散により他方の切れ刃チップ１６の台座２４との接合強度が十分に且つ安定して得られるようになる。これにより、切削抵抗による振動等でその超高圧焼結体１２が他方の切れ刃チップ１６から剥離し、チッピングや欠けが発生することが抑制され、種々の加工条件において安定した加工性能や工具寿命が得られるようになる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＰＣＤドリルに係り、特に、ドリル本体にろう付けされた切れ刃チップに設けられている多結晶ダイヤモンドの超高圧焼結体の強度を向上させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ；polycrystalline diamond)を超高圧で焼結した超高圧焼結体を有する切れ刃チップが、ドリル本体の先端に一体的にろう付けされ、その超高圧焼結体の角部の稜線が切れ刃として機能するＰＣＤドリルが知られている。特許文献１および２に記載されているドリルはその一例で、超硬合金の台座に多結晶ダイヤモンドの超高圧焼結体を所定の厚さで一体に焼結したチップ素材を厚さ方向にスライスした薄板形状を成しているとともに、ドリルの先端形状に対応する尖り先端部を有する多角形の第１斜辺が前記超高圧焼結体にて構成されている同一形状の一対の切れ刃チップが、その尖り先端部が一致するように互いに反対向きに重ね合わされた状態でドリル本体の先端の取付座に一体的にろう付けされることにより、各切れ刃チップの前記超高圧焼結体の稜線部分によってドリル軸心に対して対称的な一対の切れ刃が構成されている。このようなＰＣＤドリルは耐摩耗性に優れていることから、ＳｉＣ入りアルミニウム合金等のＭＭＣ（金属基複合材料）、或いはＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）などの難削材の穴明け加工に好適に用いられる。
【０００３】
図７は、このような従来のＰＣＤドリルの一例を説明する図で、(a) はＰＣＤドリル１００を軸心Ｏと直角方向から見た正面図、(b) は(a) の右側面図であり、ドリル本体１０２の先端部には、取付座として軸心Ｏと直角に交差する取付溝１０４が設けられており、一対の切れ刃チップ１０６ａ、１０６ｂが反対向きに重ね合わされた状態でその取付溝１０４内に挿入され、ろう付けにより一体的に固設されている。切れ刃チップ１０６ａ、１０６ｂは、(c) に示す切れ刃チップ１０６をドリル本体１０２に固設して所定の研削加工等を施したもので、この切れ刃チップ１０６は、ドリル先端形状に対応する尖り先端部１０８を有するとともに、その尖り先端部１０８を通る中心線Ｓに対して対称的な五角形を成しており、その中心線Ｓとドリル本体１０２の軸心Ｏとが略一致する姿勢（(b) の状態ではＳ＝Ｏとなる）でドリル本体１０２に固設されている。
【０００４】
上記切れ刃チップ１０６は、例えば(d) に示すように超硬合金の台座１１０に多結晶ダイヤモンドの超高圧焼結体１１２を所定の厚さで一体に焼結したチップ素材を厚さ方向にスライスした薄板１１４から、一点鎖線で示すように切り出すことによって得られたもので、尖り先端部１０８の両側の一対の辺の一方の第１斜辺Ｌ１は超高圧焼結体１１２によって構成されている。そして、同一形状の一対の切れ刃チップ１０６が、中心線Ｓに対して互いに反対向きに重ね合わされた状態でドリル本体１０２の取付溝１０４に一体的にろう付けされることにより、各切れ刃チップ１０６の第１斜辺Ｌ１の稜線部分によってドリル軸心Ｏに対して対称的な一対の切れ刃１１６が構成される。ドリル本体１０２には、予め切りくず排出溝１１８が設けられており、切れ刃チップ１０６は、スライス面の一方がすくい面として機能するように、その切りくず排出溝１１８に露出するように固設されている。また、ドリル本体１０２に固設された後、逃げ面等の研削加工が施されることにより、目的とするドリル先端形状とされる。なお、図７の各図の斜線部分は、超高圧焼結体１１２を表している。
【特許文献１】特開２００１−１５０２１６号公報
【特許文献２】特開２００７−３０１６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記一対の切れ刃チップ１０６は、例えば図８に示すように、銀ろうの薄板材等からなるろう材１２０を挟んで互いに反対向きに重ね合わされた状態で、大気中で所定のろう付け温度まで加熱されることにより、一体的に貼り合わされて接合チップ１２２とされ、その後、前記取付溝１０４内に差し込まれてドリル本体１０２に一体的にろう付けされていた。図８の(a) は正面図で、ろう板材１２０は切れ刃チップ１０６と略同一形状を成しており、超高圧焼結体１１２を含めて一対の切れ刃チップ１０６の全面を互いにろう付けするようになっているが、その超高圧焼結体１１２と他方の切れ刃チップ１０６の超硬合金の台座１１０との接合強度が十分に得られず、切削条件によっては切削抵抗などで超高圧焼結体１１２が他方の切れ刃チップ１０６から剥離し、切れ刃の剛性が低下して振動等によりチッピングや欠けを生じたり加工精度が損なわれたりすることがあった。これは、大気中でろう付け処理が行なわれていたため、多結晶ダイヤモンドが超硬合金と接合されなかったり、黒鉛化して接合強度が低下したりするためと考えられる。
【０００６】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、多結晶ダイヤモンドの超高圧焼結体を有する一対の切れ刃チップが重ね合わされてドリル本体に一体的に固設されるＰＣＤドリルにおいて、超高圧焼結体についても十分な接合強度が得られ、チッピングや欠けの発生が抑制されるとともに優れた加工精度が安定して得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために、第１発明は、多結晶ダイヤモンドを超高圧で焼結した超高圧焼結体を超硬合金の台座に所定の厚さで一体に焼結したもので、ドリルの先端形状に対応する尖り先端部を有する薄板形状を成しているとともに、その尖り先端部の両側の一対の辺の一方の第１斜辺が前記超高圧焼結体にて構成されている同一形状の一対の切れ刃チップが、その尖り先端部が一致するように互いに反対向きに重ね合わされた状態でドリル本体の先端の取付座に一体的にろう付けされることにより、各切れ刃チップの前記超高圧焼結体の稜線部分によってドリル軸心に対して対称的な一対の切れ刃が構成されているＰＣＤドリルの製造方法であって、(a) 前記一対の切れ刃チップを互いに反対向きとし、ろう材を介在させて重ね合わせ、真空または非酸化性雰囲気中において所定のろう付け温度まで加熱することにより、前記超高圧焼結体の部分を含めて一体的に貼り合わせる第１ろう付け工程と、(b) その第１ろう付け工程で前記一対の切れ刃チップが一体的に貼り合わされた接合チップを、更にろう付けにより前記ドリル本体の取付座に一体的に固設する第２ろう付け工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
第２発明は、第１発明のＰＣＤドリルの製造方法において、(a) 前記切れ刃チップは、前記尖り先端部を通るとともに前記ドリル本体にろう付けされた状態においてドリル軸心と平行になる中心線Ｓに対して非対称形状を成していて、その尖り先端部と反対側の底辺がその中心線Ｓに対して直角な方向から傾斜しており、(b) 前記接合チップは、前記底辺の傾斜により前記尖り先端部と反対方向へ互い違いに突き出す一対の突出部を有する一方、(c) 前記ドリル本体の取付座には、前記一対の突出部に対応して、ドリル軸心に対して直角な方向から互いに逆向きに傾斜する一対の傾斜座面が設けられており、(d) 前記第２ろう付け工程では、前記一対の突出部を含めて前記接合チップを前記ドリル本体の取付座にろう付けすることを特徴とする。
【０００９】
第３発明は、第１発明または第２発明のＰＣＤドリルにおいて、前記第２ろう付け工程は、大気中において前記接合チップを前記ドリル本体の取付座にろう付けすることを特徴とする。
【００１０】
第４発明は、多結晶ダイヤモンドを超高圧で焼結した超高圧焼結体を超硬合金の台座に所定の厚さで一体に焼結したもので、ドリルの先端形状に対応する尖り先端部を有する薄板形状を成しているとともに、その尖り先端部の両側の一対の辺の一方の第１斜辺が前記超高圧焼結体にて構成されている同一形状の一対の切れ刃チップが、その尖り先端部が一致するように互いに反対向きに重ね合わされた状態でドリル本体の先端の取付座に一体的にろう付けされることにより、各切れ刃チップの前記超高圧焼結体の稜線部分によってドリル軸心に対して対称的な一対の切れ刃が構成されているＰＣＤドリルであって、(a) 前記一対の切れ刃チップは、ろう材が介在させられた状態で互いに反対向きに重ね合わされ、真空または非酸化性雰囲気中において所定のろう付け温度まで加熱されることにより、前記超高圧焼結体の部分を含めて一体的に貼り合わされて接合チップとされ、(b) その接合チップの状態で前記ドリル本体の取付座に一体的にろう付けされていることを特徴とする。
【００１１】
第５発明は、第４発明のＰＣＤドリルにおいて、(a) 前記切れ刃チップは、前記尖り先端部を通るとともに前記ドリル本体にろう付けされた状態においてドリル軸心と平行になる中心線Ｓに対して非対称形状を成していて、その尖り先端部と反対側の底辺がその中心線Ｓに対して直角な方向から傾斜しており、(b) 前記接合チップは、前記底辺の傾斜により前記尖り先端部と反対方向へ互い違いに突き出す一対の突出部を有する一方、(c) 前記ドリル本体の取付座には、前記一対の突出部に対応して、ドリル軸心に対して直角な方向から互いに逆向きに傾斜する一対の傾斜座面が設けられており、(d) 前記接合チップは、前記一対の突出部を含めて前記ドリル本体の取付座にろう付けされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１発明のＰＣＤドリルの製造方法によれば、一対の切れ刃チップをろう付けする際に真空または非酸化性雰囲気中においてろう付け処理を行なうようにしたため、多結晶ダイヤモンドの黒鉛化が抑制されるなどして、その多結晶ダイヤモンドの超高圧焼結体についてもろうの拡散により他方の切れ刃チップの超硬合金の台座との接合強度が十分に且つ安定して得られるようになり、他方の切れ刃チップからの剥離に起因するチッピングや欠けの発生が抑制されるとともに切れ刃の剛性が向上し、種々の加工条件において安定した加工性能や工具寿命が得られるようになる。第４発明のＰＣＤドリルにおいても、実質的に同様の効果が得られる。
【００１３】
第２発明では、切れ刃チップが中心線Ｓに対して非対称で、接合チップは尖り先端部と反対方向へ互い違いに突き出す一対の突出部を有し、ドリル本体の取付座にはドリル軸心に対して直角な方向から互いに逆向きに傾斜する一対の傾斜座面が設けられ、非重なり部分の一対の突出部を含めて接合チップがドリル本体の取付座にろう付けされるため、接合チップとドリル本体との接触面積が大きくなって接合強度が高くなるとともに応力が分散され、切れ刃の剛性が更に高くなって加工性能や工具寿命が一層向上する。第５発明のＰＣＤドリルにおいても、実質的に同様の効果が得られる。
【００１４】
第３発明では、一対の切れ刃チップが貼り合わされた接合チップをドリル本体の取付座にろう付けする第２ろう付け工程が大気中で行なわれるため、そのろう付け処理を容易且つ迅速に行なうことが可能で製造コストが節減される。すなわち、この第２ろう付け工程では、多結晶ダイヤモンドの超高圧焼結体の稜線部分が切れ刃として用いられる関係から、接合チップの状態で外部に露出している超高圧焼結体の全部或いは大部分がドリル本体からも露出させられ、超硬合金から成る台座をドリル本体にろう付けできれば良いため、必ずしも真空または非酸化性雰囲気中でろう付け処理を行なう必要がなく、大気中であっても十分な接合強度が得られるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、切りくず排出溝がドリル軸心に対して捩じれているツイストドリルにも、切りくず排出溝がドリル軸心と平行な直刃ドリルにも適用され得る。切れ刃チップは、例えば超硬合金の台座に超高圧焼結体を所定の厚さで一体に焼結したチップ素材を厚さ方向にスライスした薄板から切り出すことができる。超高圧焼結体の厚さは、所望の耐摩耗性等の効果が得られる範囲でできるだけ薄くすることが望ましく、例えば０．３ｍｍ〜５．０ｍｍ程度の範囲内が適当で、好ましくは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度の範囲内が良い。
【００１６】
切れ刃チップの厚さ、すなわちスライス幅も、所定の強度や逃げ面の耐摩耗性等が得られる範囲でできるだけ薄くすることが望ましく、例えば０．３ｍｍ〜４．０ｍｍ程度の範囲内が適当で、好ましくは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度の範囲内が良い。一端面を傾斜させてすくい角を設ける場合は、傾斜加工後の最小板厚などを考慮してスライス幅を設定することが望ましい。チップ素材をスライスする際に一方の端面を傾斜させることも可能である。
【００１７】
切れ刃チップは、例えば五角形等の多角形で構成されるが、尖り先端部と反対側の底辺や側部の形状は直線でも曲線でも良く、種々の形状を採用できる。尖り先端部を通る中心線Ｓに対して対称形状とすることもできるが、第２発明、第５発明のように底辺を傾斜させて非対称形状とすることも可能である。尖り先端部については、第１斜辺と反対側の斜辺部分で他方の切れ刃チップの超高圧焼結体をバックアップする上で、中心線Ｓに対して対称形状とすることが望ましい。
【００１８】
ドリル本体の材質としては、超硬合金が好適に用いられるが、高速度工具鋼などの他の工具材料を採用することもできる。
【００１９】
第１ろう付け工程および第２ろう付け工程で使用するろう材としては、銀ろう（Ａｇを主成分とするＣｕ、Ｔｉの合金）が好適に用いられる。また、ろう材は、ペースト状のものでも薄板状のものでも良く、種々の態様のものを利用できる。
【００２０】
第１ろう付け工程で真空中でろう付け処理を行なう場合の真空度は、例えば１×１０-3Ｐａ程度以下が望ましい。また、非酸化性雰囲気は、例えばアルゴン等の不活性ガスやＮ2 ガス、Ｈ2 ガス、 ＣＯ／ＣＯ2 の混合ガス等が好適に用いられる。
【００２１】
第２ろう付け工程は、第１ろう付け工程と同様に真空または非酸化性雰囲気中でろう付け処理を行なうこともできるが、大気中でろう付け処理を行なうことも可能である。ろう付け温度は、ろう材の種類によって異なるが、例えば銀ろうを用いる場合には７００℃〜７５０℃程度の範囲内が適当である。
【００２２】
薄板形状の切れ刃チップは、一定の板厚で形成することもできるが、例えば所定のすくい角が得られるように、超高圧焼結体側すなわち第１斜辺から反対側へ向かうに従って、或いは尖り先端部から中心線Ｏと平行に底辺側へ向かうに従って、連続的に板厚が薄くなるようにすることもできる。また、超高圧焼結体の稜線部分に形成される切れ刃に沿って、断面が円弧形状等の凹溝を形成することにより所定のすくい角を設けることもできるなど、種々の態様を採用できる。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例であるＰＣＤドリル１０の先端部分を示す図で、(a) は先端側から見た平面図、(b) は軸心Ｏと直角方向から見た正面図、(c) は(b) の右側面図であり、斜線部分はＰＣＤ（多結晶ダイヤモンド）の超高圧焼結体１２を表している。図２〜図４、図６の斜線部分も、超高圧焼結体１２を表している。このＰＣＤドリル１０は、超硬合金にて構成されているドリル本体１４と、そのドリル本体１４の先端部に銀ろうにてろう付けされた一対の切れ刃チップ１６ａ、１６ｂとから構成されている。
【００２４】
ＰＣＤドリル１０は直刃ドリルで、ドリル本体１４には軸心Ｏと平行に一対の切りくず排出溝１８が設けられているとともに、先端部には、取付座２０が軸心Ｏと交差するように設けられている。取付座２０は、図１(c) から明らかなように、軸心Ｏに対して直角な方向から互いに逆向きに傾斜する一対の傾斜座面２０ａ、２０ｂを備えていて、その傾斜座面２０ａ、２０ｂからドリル先端側へ開口するように設けられており、一対の切れ刃チップ１６ａ、１６ｂは、軸心Ｏを中心として互いに反対向きに重ね合わされた状態で、ドリル軸方向においてそれ等の傾斜座面２０ａ、２０ｂにそれぞれ着座させられている。一対の切れ刃チップ１６ａ、１６ｂは同一形状を成しており、以下、特に区別しない場合は単に切れ刃チップ１６という。
【００２５】
図５は、切れ刃チップ１６を取り付ける前の状態のドリル本体１４を示す図で、傾斜座面２０ａ、２０ｂは、切りくず排出溝１８と交差するように設けられており、切れ刃チップ１６のうち切れ刃２２およびすくい面として機能する端面が切りくず排出溝１８に露出させられるようになっている。切りくず排出溝１８や傾斜座面２０ａ、２０ｂは、ダイヤモンド砥石による研削加工、或いはワイヤカット放電加工などにより形成される。図５の(a) 、(b) は、それぞれ図１の(b) 、(c) に対応する図である。
【００２６】
切れ刃チップ１６は、図２に単独で示すように、ドリル先端形状に対応する尖り先端部３０を有するとともに、その尖り先端部３０を通るとともにドリル本体１４に配設された状態においてドリル軸心Ｏと平行になる中心線Ｓに対して非対称の五角形の薄板形状を成している。尖り先端部３０の両側の一対の辺の一方の第１斜辺Ｌ１が前記超高圧焼結体１２にて構成されており、その超高圧焼結体１２の稜線が切れ刃２２として用いられる。尖り先端部３０の両側の一対の辺の他方の第２斜辺Ｌ２は、中心線Ｓを挟んで第１斜辺Ｌ１と対称形状を成すように形成されている。また、第１斜辺Ｌ１および第２斜辺Ｌ２に連続する側辺Ｌ３、Ｌ４は、何れも中心線Ｓと平行であるが、側辺Ｌ４は側辺Ｌ３よりも短く、底辺Ｌ５は中心線Ｓと直角な方向から傾斜させられ、本実施例では超高圧焼結体１２を有して切削加工を行なう第１斜辺Ｌ１側の側辺Ｌ３と底辺Ｌ５との内角αが鋭角とされている。この底辺Ｌ５が着座させられる前記傾斜座面２０ａ、２０ｂは、内角αと同じ角度（±α）で軸心Ｏに対して傾斜するように設けられている。図２の(b) は正面図で、(a) は(b) の左側面図、(c) は(b) の右側面図である。
【００２７】
上記切れ刃チップ１６は、例えば図３の(a) に示すように超硬合金の台座２４にＰＣＤを載せてプレス加工により超高圧で一体に焼結することにより、台座２４の上に所定の厚さのＰＣＤの超高圧焼結体１２を一体に有する円柱形状のチップ素材２６を作製した後、一点鎖線で示すように一定のスライス幅（切れ刃チップ１６の板厚）ｔで厚さ方向に垂直にスライスすることにより、多数の薄板２８を取り出し、各薄板２８について、それぞれ図３(b) に示すように前記第１斜辺Ｌ１が超高圧焼結体１２の表面１２ｆと平行となる姿勢で切り出したものである。超高圧焼結体１２の厚さは、例えば０．８ｍｍ程度で、切れ刃チップ１６の板厚（スライス幅）ｔは１．０ｍｍ程度であり、超硬合金の台座２４の厚さは五角形の切れ刃チップ１６を取り出すことができるように適宜定められる。チップ素材２６および薄板２８の切断は、ワイヤカット放電加工が好適に用いられる。
【００２８】
そして、このようにして製作された切れ刃チップ１６を２枚用いて、図４の(a) →(b) →(c) に示すように尖り先端部３０が一致する状態で互いに反対向きとし、ろう材３２を介在させて重ね合わせ、例えば１×１０-3Ｐａ程度の真空中にて所定のろう付け温度まで加熱することにより一体的に貼り合わせる。本実施例ではろう材３２として銀ろうの薄板材が用いられるとともに、一対の切れ刃チップ１６の重なり部分すなわち貼合せ部分と同一形状を成しており、そのろう材３２を挟んで一対の切れ刃チップ１６を重ね合わせて７００℃〜７５０℃の範囲内のろう付け温度まで加熱してろう付け処理が行なわれることにより、超高圧焼結体１２の部分を含めて一体的に接合される。このように一対の切れ刃チップ１６が一体的に接合された接合チップ３４は、各切れ刃チップ１６が非対称形状であることから、前記側辺Ｌ３と底辺Ｌ５との角部がそれぞれ尖り先端部３０と反対方向へ互い違いに突き出して一対の突出部３６を形成している。図４の(a) はろう付け前の各部材の正面図で、(b) は斜視図、(c) はろう付けした後の接合チップ３４を示す斜視図であり、このように一対の切れ刃チップ１６を反対向きに重ね合わせて一体的にろう付けし、接合チップ３４とする工程が第１ろう付け工程である。なお、真空中でろう付けする代わりに、アルゴン等の不活性ガスやＮ2 ガス、Ｈ2 ガス、 ＣＯ／ＣＯ2 の混合ガス等の非酸化性雰囲気中でろう付け処理を行なうようにしても良い。
【００２９】
続いて、図６に示すように、上記接合チップ３４を図５のドリル本体１４の取付座２０内に挿入し、そのドリル本体１４に一体的にろう付けする。本実施例では、非重なり部分の一対の突出部３６もそれぞれろう材を挟んで傾斜座面２０ａ、２０ｂに着座させられ、その突出部３６の端面や側面を含めてドリル本体１４に接合される。この場合も、前記ろう材３２と同様な銀ろうの薄板材を介在させて接合チップ３４をドリル本体１４の取付座２０に差し込み、所定のろう付け温度（例えば７００℃〜７５０℃）まで加熱することにより、一体的に接合する。但し、一対の切れ刃チップ１６ａ、１６ｂの超高圧焼結体１２は、何れもドリル本体１４から露出しており、ドリル本体１４に固設する必要がないため、ここでは大気中で加熱してろう付け処理が行なわれる。このように接合チップ３４をドリル本体１４の取付座２０に一体的にろう付けする工程が第２ろう付け工程である。図６の(a) 、(b) は、それぞれ図１の(b) 、(c) に対応する図である。
【００３０】
その後、切れ刃チップ１６ａ、１６ｂを含めて先端二番面や三番面、シンニング等の研削加工がダイヤモンド砥石を用いて行われることにより、図１に示すような目的とするドリル先端形状とされ、各切れ刃チップ１６ａ、１６ｂの第１斜辺Ｌ１の稜線部分によってドリル軸心Ｏに対して対称的な一対の切れ刃２２が構成される。また、一対の切れ刃チップ１６ａ、１６ｂの一方の端面すなわちスライス面は、それぞれ切りくず排出溝１８に露出してすくい面として機能する。なお、ドリル本体１４の先端に開口するように、一対のオイルホール３８が設けられ、潤滑油剤や冷却エア等を切削加工部へ供給できるようになっている。
【００３１】
このように、本実施例では図４に示す第１ろう付け工程で一対の切れ刃チップ１６をろう付けする際に真空中でろう付け処理を行なうようにしたため、ＰＣＤの黒鉛化が抑制されるなどして、そのＰＣＤの超高圧焼結体１２についてもろうの拡散により他方の切れ刃チップ１６の超硬合金の台座２４との接合強度が十分に且つ安定して得られるようになる。これにより、切削抵抗による振動等でその超高圧焼結体１２が他方の切れ刃チップ１６から剥離し、チッピングや欠けが発生することが抑制されるとともに、切れ刃２２の剛性が向上し、種々の加工条件において安定した加工性能や工具寿命が得られるようになる。
【００３２】
また、本実施例では、切れ刃チップ１６が中心線Ｓに対して非対称で、接合チップ３４は尖り先端部３０と反対方向へ互い違いに突き出す一対の突出部３６を有し、ドリル本体１４の取付座２０にはドリル軸心Ｏに対して直角な方向から互いに逆向きに傾斜する一対の傾斜座面２０ａ、２０ｂが設けられ、非重なり部分の一対の突出部３６を含めて接合チップ３４がドリル本体１４の取付座２０にろう付けされるため、接合チップ３４とドリル本体１４との接触面積が大きくなって接合強度が高くなるとともに応力が分散され、切れ刃２２の剛性が更に高くなって加工性能や工具寿命が一層向上する。
【００３３】
また、本実施例では、切れ刃チップ１６の第２斜辺Ｌ２が中心線Ｓを挟んで第１斜辺Ｌ１と対称形状を成すように形成されているため、反対向きに重ねて一体的に固設された接合チップ３４の状態において、各切れ刃チップ１６の超高圧焼結体１２の裏側に他方の切れ刃チップ１６の台座２４が存在して一体的に固設されるため、全体として非対称形状とされてドリル本体１４との接触面積が大きくされるのに加えて、超高圧焼結体１２が他方の切れ刃チップ１６の台座２４により良好にバックアップされるようになり、剛性が向上して加工性能や工具寿命が更に向上する。
【００３４】
また、本実施例では、超高圧焼結体１２を有して切削加工を行なう第１斜辺Ｌ１側の側辺Ｌ３と底辺Ｌ５との内角αが鋭角とされることにより、底辺Ｌ５が中心線Ｓに対して直角な方向から傾斜させられて非対称とされているため、その超高圧焼結体１２が設けられた側辺Ｌ３の長さ寸法が他方の側辺Ｌ４よりも大きく、高い機械的強度が得られて過大な負荷が掛かった場合の破損が効果的に抑制される。
【００３５】
また、本実施例では、一対の切れ刃チップ１６が貼り合わされた接合チップ３４をドリル本体１４の取付座２０にろう付けする第２ろう付け工程が大気中で行なわれるため、そのろう付け処理を容易且つ迅速に行なうことが可能で製造コストが節減される。すなわち、この第２ろう付け工程では、ＰＣＤの超高圧焼結体１２の稜線部分が切れ刃２２として用いられる関係から、接合チップ３４の状態で外部に露出している超高圧焼結体１２の全部或いは大部分がドリル本体１４からも露出させられ、本実施例では図６の(b) から明らかなように、超高圧焼結体１２の全部がドリル本体１４から露出しており、超硬合金から成る台座２４をドリル本体１４にろう付けできれば良いため、必ずしも真空または非酸化性雰囲気中でろう付け処理を行なう必要がなく、大気中であっても十分な接合強度が得られるのである。
【００３６】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明が適用されたＰＣＤドリルの先端部分を示す図で、(a) は先端側から見た平面図、(b) は軸心と直角な方向から見た正面図、(c) は(b) の右側面図である。
【図２】図１のＰＣＤドリルで使用されている切れ刃チップを単独で示す図で、(b) は正面図、(a) は(b) の左側面図、(c) は(b) の右側面図である。
【図３】図２の切れ刃チップのチップ素材、およびそのチップ素材を板厚方向にスライスした薄板を説明する図である。
【図４】図２の切れ刃チップを２枚用いて反対向きに重ね合わせて一体的に接合する第１ろう付け工程を説明する図で、(a) はろう付け前の各部材の正面図、(b) は斜視図、(c) はろう付けした後の接合チップを示す斜視図である。
【図５】図１のＰＣＤドリルのドリル本体を示す図で、(a) および(b) はそれぞれ図１の(b) および(c) に対応する図である。
【図６】図５のドリル本体に接合チップがろう付けされた状態を示す図で、(a) および(b) はそれぞれ図１の(b) および(c) に対応する図である。
【図７】従来のＰＣＤドリルの一例を説明する図で、(a) は軸心と直角な方向から見た正面図、(b) は(a) の右側面図、(c) は切れ刃チップの正面図、(d) は切れ刃チップを切り出す薄板を示す図である。
【図８】図７のＰＣＤドリルにおいて、一対の切れ刃チップを反対向きに重ね合わせて一体的に接合するろう付け処理を説明する図で、図４に対応する図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０：ＰＣＤドリル １２：超高圧焼結体 １４：ドリル本体 １６、１６ａ、１６ｂ：切れ刃チップ ２０：取付座 ２０ａ、２０ｂ：傾斜座面 ２４：台座 ３０：尖り先端部 ３２：ろう材 ３４：接合チップ ３６：突出部 Ｏ：ドリル軸心 Ｓ：中心線 Ｌ１：第１斜辺 Ｌ５：底辺
【技術分野】
【０００１】
本発明はＰＣＤドリルに係り、特に、ドリル本体にろう付けされた切れ刃チップに設けられている多結晶ダイヤモンドの超高圧焼結体の強度を向上させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ；polycrystalline diamond)を超高圧で焼結した超高圧焼結体を有する切れ刃チップが、ドリル本体の先端に一体的にろう付けされ、その超高圧焼結体の角部の稜線が切れ刃として機能するＰＣＤドリルが知られている。特許文献１および２に記載されているドリルはその一例で、超硬合金の台座に多結晶ダイヤモンドの超高圧焼結体を所定の厚さで一体に焼結したチップ素材を厚さ方向にスライスした薄板形状を成しているとともに、ドリルの先端形状に対応する尖り先端部を有する多角形の第１斜辺が前記超高圧焼結体にて構成されている同一形状の一対の切れ刃チップが、その尖り先端部が一致するように互いに反対向きに重ね合わされた状態でドリル本体の先端の取付座に一体的にろう付けされることにより、各切れ刃チップの前記超高圧焼結体の稜線部分によってドリル軸心に対して対称的な一対の切れ刃が構成されている。このようなＰＣＤドリルは耐摩耗性に優れていることから、ＳｉＣ入りアルミニウム合金等のＭＭＣ（金属基複合材料）、或いはＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）などの難削材の穴明け加工に好適に用いられる。
【０００３】
図７は、このような従来のＰＣＤドリルの一例を説明する図で、(a) はＰＣＤドリル１００を軸心Ｏと直角方向から見た正面図、(b) は(a) の右側面図であり、ドリル本体１０２の先端部には、取付座として軸心Ｏと直角に交差する取付溝１０４が設けられており、一対の切れ刃チップ１０６ａ、１０６ｂが反対向きに重ね合わされた状態でその取付溝１０４内に挿入され、ろう付けにより一体的に固設されている。切れ刃チップ１０６ａ、１０６ｂは、(c) に示す切れ刃チップ１０６をドリル本体１０２に固設して所定の研削加工等を施したもので、この切れ刃チップ１０６は、ドリル先端形状に対応する尖り先端部１０８を有するとともに、その尖り先端部１０８を通る中心線Ｓに対して対称的な五角形を成しており、その中心線Ｓとドリル本体１０２の軸心Ｏとが略一致する姿勢（(b) の状態ではＳ＝Ｏとなる）でドリル本体１０２に固設されている。
【０００４】
上記切れ刃チップ１０６は、例えば(d) に示すように超硬合金の台座１１０に多結晶ダイヤモンドの超高圧焼結体１１２を所定の厚さで一体に焼結したチップ素材を厚さ方向にスライスした薄板１１４から、一点鎖線で示すように切り出すことによって得られたもので、尖り先端部１０８の両側の一対の辺の一方の第１斜辺Ｌ１は超高圧焼結体１１２によって構成されている。そして、同一形状の一対の切れ刃チップ１０６が、中心線Ｓに対して互いに反対向きに重ね合わされた状態でドリル本体１０２の取付溝１０４に一体的にろう付けされることにより、各切れ刃チップ１０６の第１斜辺Ｌ１の稜線部分によってドリル軸心Ｏに対して対称的な一対の切れ刃１１６が構成される。ドリル本体１０２には、予め切りくず排出溝１１８が設けられており、切れ刃チップ１０６は、スライス面の一方がすくい面として機能するように、その切りくず排出溝１１８に露出するように固設されている。また、ドリル本体１０２に固設された後、逃げ面等の研削加工が施されることにより、目的とするドリル先端形状とされる。なお、図７の各図の斜線部分は、超高圧焼結体１１２を表している。
【特許文献１】特開２００１−１５０２１６号公報
【特許文献２】特開２００７−３０１６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記一対の切れ刃チップ１０６は、例えば図８に示すように、銀ろうの薄板材等からなるろう材１２０を挟んで互いに反対向きに重ね合わされた状態で、大気中で所定のろう付け温度まで加熱されることにより、一体的に貼り合わされて接合チップ１２２とされ、その後、前記取付溝１０４内に差し込まれてドリル本体１０２に一体的にろう付けされていた。図８の(a) は正面図で、ろう板材１２０は切れ刃チップ１０６と略同一形状を成しており、超高圧焼結体１１２を含めて一対の切れ刃チップ１０６の全面を互いにろう付けするようになっているが、その超高圧焼結体１１２と他方の切れ刃チップ１０６の超硬合金の台座１１０との接合強度が十分に得られず、切削条件によっては切削抵抗などで超高圧焼結体１１２が他方の切れ刃チップ１０６から剥離し、切れ刃の剛性が低下して振動等によりチッピングや欠けを生じたり加工精度が損なわれたりすることがあった。これは、大気中でろう付け処理が行なわれていたため、多結晶ダイヤモンドが超硬合金と接合されなかったり、黒鉛化して接合強度が低下したりするためと考えられる。
【０００６】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、多結晶ダイヤモンドの超高圧焼結体を有する一対の切れ刃チップが重ね合わされてドリル本体に一体的に固設されるＰＣＤドリルにおいて、超高圧焼結体についても十分な接合強度が得られ、チッピングや欠けの発生が抑制されるとともに優れた加工精度が安定して得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために、第１発明は、多結晶ダイヤモンドを超高圧で焼結した超高圧焼結体を超硬合金の台座に所定の厚さで一体に焼結したもので、ドリルの先端形状に対応する尖り先端部を有する薄板形状を成しているとともに、その尖り先端部の両側の一対の辺の一方の第１斜辺が前記超高圧焼結体にて構成されている同一形状の一対の切れ刃チップが、その尖り先端部が一致するように互いに反対向きに重ね合わされた状態でドリル本体の先端の取付座に一体的にろう付けされることにより、各切れ刃チップの前記超高圧焼結体の稜線部分によってドリル軸心に対して対称的な一対の切れ刃が構成されているＰＣＤドリルの製造方法であって、(a) 前記一対の切れ刃チップを互いに反対向きとし、ろう材を介在させて重ね合わせ、真空または非酸化性雰囲気中において所定のろう付け温度まで加熱することにより、前記超高圧焼結体の部分を含めて一体的に貼り合わせる第１ろう付け工程と、(b) その第１ろう付け工程で前記一対の切れ刃チップが一体的に貼り合わされた接合チップを、更にろう付けにより前記ドリル本体の取付座に一体的に固設する第２ろう付け工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
第２発明は、第１発明のＰＣＤドリルの製造方法において、(a) 前記切れ刃チップは、前記尖り先端部を通るとともに前記ドリル本体にろう付けされた状態においてドリル軸心と平行になる中心線Ｓに対して非対称形状を成していて、その尖り先端部と反対側の底辺がその中心線Ｓに対して直角な方向から傾斜しており、(b) 前記接合チップは、前記底辺の傾斜により前記尖り先端部と反対方向へ互い違いに突き出す一対の突出部を有する一方、(c) 前記ドリル本体の取付座には、前記一対の突出部に対応して、ドリル軸心に対して直角な方向から互いに逆向きに傾斜する一対の傾斜座面が設けられており、(d) 前記第２ろう付け工程では、前記一対の突出部を含めて前記接合チップを前記ドリル本体の取付座にろう付けすることを特徴とする。
【０００９】
第３発明は、第１発明または第２発明のＰＣＤドリルにおいて、前記第２ろう付け工程は、大気中において前記接合チップを前記ドリル本体の取付座にろう付けすることを特徴とする。
【００１０】
第４発明は、多結晶ダイヤモンドを超高圧で焼結した超高圧焼結体を超硬合金の台座に所定の厚さで一体に焼結したもので、ドリルの先端形状に対応する尖り先端部を有する薄板形状を成しているとともに、その尖り先端部の両側の一対の辺の一方の第１斜辺が前記超高圧焼結体にて構成されている同一形状の一対の切れ刃チップが、その尖り先端部が一致するように互いに反対向きに重ね合わされた状態でドリル本体の先端の取付座に一体的にろう付けされることにより、各切れ刃チップの前記超高圧焼結体の稜線部分によってドリル軸心に対して対称的な一対の切れ刃が構成されているＰＣＤドリルであって、(a) 前記一対の切れ刃チップは、ろう材が介在させられた状態で互いに反対向きに重ね合わされ、真空または非酸化性雰囲気中において所定のろう付け温度まで加熱されることにより、前記超高圧焼結体の部分を含めて一体的に貼り合わされて接合チップとされ、(b) その接合チップの状態で前記ドリル本体の取付座に一体的にろう付けされていることを特徴とする。
【００１１】
第５発明は、第４発明のＰＣＤドリルにおいて、(a) 前記切れ刃チップは、前記尖り先端部を通るとともに前記ドリル本体にろう付けされた状態においてドリル軸心と平行になる中心線Ｓに対して非対称形状を成していて、その尖り先端部と反対側の底辺がその中心線Ｓに対して直角な方向から傾斜しており、(b) 前記接合チップは、前記底辺の傾斜により前記尖り先端部と反対方向へ互い違いに突き出す一対の突出部を有する一方、(c) 前記ドリル本体の取付座には、前記一対の突出部に対応して、ドリル軸心に対して直角な方向から互いに逆向きに傾斜する一対の傾斜座面が設けられており、(d) 前記接合チップは、前記一対の突出部を含めて前記ドリル本体の取付座にろう付けされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１発明のＰＣＤドリルの製造方法によれば、一対の切れ刃チップをろう付けする際に真空または非酸化性雰囲気中においてろう付け処理を行なうようにしたため、多結晶ダイヤモンドの黒鉛化が抑制されるなどして、その多結晶ダイヤモンドの超高圧焼結体についてもろうの拡散により他方の切れ刃チップの超硬合金の台座との接合強度が十分に且つ安定して得られるようになり、他方の切れ刃チップからの剥離に起因するチッピングや欠けの発生が抑制されるとともに切れ刃の剛性が向上し、種々の加工条件において安定した加工性能や工具寿命が得られるようになる。第４発明のＰＣＤドリルにおいても、実質的に同様の効果が得られる。
【００１３】
第２発明では、切れ刃チップが中心線Ｓに対して非対称で、接合チップは尖り先端部と反対方向へ互い違いに突き出す一対の突出部を有し、ドリル本体の取付座にはドリル軸心に対して直角な方向から互いに逆向きに傾斜する一対の傾斜座面が設けられ、非重なり部分の一対の突出部を含めて接合チップがドリル本体の取付座にろう付けされるため、接合チップとドリル本体との接触面積が大きくなって接合強度が高くなるとともに応力が分散され、切れ刃の剛性が更に高くなって加工性能や工具寿命が一層向上する。第５発明のＰＣＤドリルにおいても、実質的に同様の効果が得られる。
【００１４】
第３発明では、一対の切れ刃チップが貼り合わされた接合チップをドリル本体の取付座にろう付けする第２ろう付け工程が大気中で行なわれるため、そのろう付け処理を容易且つ迅速に行なうことが可能で製造コストが節減される。すなわち、この第２ろう付け工程では、多結晶ダイヤモンドの超高圧焼結体の稜線部分が切れ刃として用いられる関係から、接合チップの状態で外部に露出している超高圧焼結体の全部或いは大部分がドリル本体からも露出させられ、超硬合金から成る台座をドリル本体にろう付けできれば良いため、必ずしも真空または非酸化性雰囲気中でろう付け処理を行なう必要がなく、大気中であっても十分な接合強度が得られるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、切りくず排出溝がドリル軸心に対して捩じれているツイストドリルにも、切りくず排出溝がドリル軸心と平行な直刃ドリルにも適用され得る。切れ刃チップは、例えば超硬合金の台座に超高圧焼結体を所定の厚さで一体に焼結したチップ素材を厚さ方向にスライスした薄板から切り出すことができる。超高圧焼結体の厚さは、所望の耐摩耗性等の効果が得られる範囲でできるだけ薄くすることが望ましく、例えば０．３ｍｍ〜５．０ｍｍ程度の範囲内が適当で、好ましくは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度の範囲内が良い。
【００１６】
切れ刃チップの厚さ、すなわちスライス幅も、所定の強度や逃げ面の耐摩耗性等が得られる範囲でできるだけ薄くすることが望ましく、例えば０．３ｍｍ〜４．０ｍｍ程度の範囲内が適当で、好ましくは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度の範囲内が良い。一端面を傾斜させてすくい角を設ける場合は、傾斜加工後の最小板厚などを考慮してスライス幅を設定することが望ましい。チップ素材をスライスする際に一方の端面を傾斜させることも可能である。
【００１７】
切れ刃チップは、例えば五角形等の多角形で構成されるが、尖り先端部と反対側の底辺や側部の形状は直線でも曲線でも良く、種々の形状を採用できる。尖り先端部を通る中心線Ｓに対して対称形状とすることもできるが、第２発明、第５発明のように底辺を傾斜させて非対称形状とすることも可能である。尖り先端部については、第１斜辺と反対側の斜辺部分で他方の切れ刃チップの超高圧焼結体をバックアップする上で、中心線Ｓに対して対称形状とすることが望ましい。
【００１８】
ドリル本体の材質としては、超硬合金が好適に用いられるが、高速度工具鋼などの他の工具材料を採用することもできる。
【００１９】
第１ろう付け工程および第２ろう付け工程で使用するろう材としては、銀ろう（Ａｇを主成分とするＣｕ、Ｔｉの合金）が好適に用いられる。また、ろう材は、ペースト状のものでも薄板状のものでも良く、種々の態様のものを利用できる。
【００２０】
第１ろう付け工程で真空中でろう付け処理を行なう場合の真空度は、例えば１×１０-3Ｐａ程度以下が望ましい。また、非酸化性雰囲気は、例えばアルゴン等の不活性ガスやＮ2 ガス、Ｈ2 ガス、 ＣＯ／ＣＯ2 の混合ガス等が好適に用いられる。
【００２１】
第２ろう付け工程は、第１ろう付け工程と同様に真空または非酸化性雰囲気中でろう付け処理を行なうこともできるが、大気中でろう付け処理を行なうことも可能である。ろう付け温度は、ろう材の種類によって異なるが、例えば銀ろうを用いる場合には７００℃〜７５０℃程度の範囲内が適当である。
【００２２】
薄板形状の切れ刃チップは、一定の板厚で形成することもできるが、例えば所定のすくい角が得られるように、超高圧焼結体側すなわち第１斜辺から反対側へ向かうに従って、或いは尖り先端部から中心線Ｏと平行に底辺側へ向かうに従って、連続的に板厚が薄くなるようにすることもできる。また、超高圧焼結体の稜線部分に形成される切れ刃に沿って、断面が円弧形状等の凹溝を形成することにより所定のすくい角を設けることもできるなど、種々の態様を採用できる。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例であるＰＣＤドリル１０の先端部分を示す図で、(a) は先端側から見た平面図、(b) は軸心Ｏと直角方向から見た正面図、(c) は(b) の右側面図であり、斜線部分はＰＣＤ（多結晶ダイヤモンド）の超高圧焼結体１２を表している。図２〜図４、図６の斜線部分も、超高圧焼結体１２を表している。このＰＣＤドリル１０は、超硬合金にて構成されているドリル本体１４と、そのドリル本体１４の先端部に銀ろうにてろう付けされた一対の切れ刃チップ１６ａ、１６ｂとから構成されている。
【００２４】
ＰＣＤドリル１０は直刃ドリルで、ドリル本体１４には軸心Ｏと平行に一対の切りくず排出溝１８が設けられているとともに、先端部には、取付座２０が軸心Ｏと交差するように設けられている。取付座２０は、図１(c) から明らかなように、軸心Ｏに対して直角な方向から互いに逆向きに傾斜する一対の傾斜座面２０ａ、２０ｂを備えていて、その傾斜座面２０ａ、２０ｂからドリル先端側へ開口するように設けられており、一対の切れ刃チップ１６ａ、１６ｂは、軸心Ｏを中心として互いに反対向きに重ね合わされた状態で、ドリル軸方向においてそれ等の傾斜座面２０ａ、２０ｂにそれぞれ着座させられている。一対の切れ刃チップ１６ａ、１６ｂは同一形状を成しており、以下、特に区別しない場合は単に切れ刃チップ１６という。
【００２５】
図５は、切れ刃チップ１６を取り付ける前の状態のドリル本体１４を示す図で、傾斜座面２０ａ、２０ｂは、切りくず排出溝１８と交差するように設けられており、切れ刃チップ１６のうち切れ刃２２およびすくい面として機能する端面が切りくず排出溝１８に露出させられるようになっている。切りくず排出溝１８や傾斜座面２０ａ、２０ｂは、ダイヤモンド砥石による研削加工、或いはワイヤカット放電加工などにより形成される。図５の(a) 、(b) は、それぞれ図１の(b) 、(c) に対応する図である。
【００２６】
切れ刃チップ１６は、図２に単独で示すように、ドリル先端形状に対応する尖り先端部３０を有するとともに、その尖り先端部３０を通るとともにドリル本体１４に配設された状態においてドリル軸心Ｏと平行になる中心線Ｓに対して非対称の五角形の薄板形状を成している。尖り先端部３０の両側の一対の辺の一方の第１斜辺Ｌ１が前記超高圧焼結体１２にて構成されており、その超高圧焼結体１２の稜線が切れ刃２２として用いられる。尖り先端部３０の両側の一対の辺の他方の第２斜辺Ｌ２は、中心線Ｓを挟んで第１斜辺Ｌ１と対称形状を成すように形成されている。また、第１斜辺Ｌ１および第２斜辺Ｌ２に連続する側辺Ｌ３、Ｌ４は、何れも中心線Ｓと平行であるが、側辺Ｌ４は側辺Ｌ３よりも短く、底辺Ｌ５は中心線Ｓと直角な方向から傾斜させられ、本実施例では超高圧焼結体１２を有して切削加工を行なう第１斜辺Ｌ１側の側辺Ｌ３と底辺Ｌ５との内角αが鋭角とされている。この底辺Ｌ５が着座させられる前記傾斜座面２０ａ、２０ｂは、内角αと同じ角度（±α）で軸心Ｏに対して傾斜するように設けられている。図２の(b) は正面図で、(a) は(b) の左側面図、(c) は(b) の右側面図である。
【００２７】
上記切れ刃チップ１６は、例えば図３の(a) に示すように超硬合金の台座２４にＰＣＤを載せてプレス加工により超高圧で一体に焼結することにより、台座２４の上に所定の厚さのＰＣＤの超高圧焼結体１２を一体に有する円柱形状のチップ素材２６を作製した後、一点鎖線で示すように一定のスライス幅（切れ刃チップ１６の板厚）ｔで厚さ方向に垂直にスライスすることにより、多数の薄板２８を取り出し、各薄板２８について、それぞれ図３(b) に示すように前記第１斜辺Ｌ１が超高圧焼結体１２の表面１２ｆと平行となる姿勢で切り出したものである。超高圧焼結体１２の厚さは、例えば０．８ｍｍ程度で、切れ刃チップ１６の板厚（スライス幅）ｔは１．０ｍｍ程度であり、超硬合金の台座２４の厚さは五角形の切れ刃チップ１６を取り出すことができるように適宜定められる。チップ素材２６および薄板２８の切断は、ワイヤカット放電加工が好適に用いられる。
【００２８】
そして、このようにして製作された切れ刃チップ１６を２枚用いて、図４の(a) →(b) →(c) に示すように尖り先端部３０が一致する状態で互いに反対向きとし、ろう材３２を介在させて重ね合わせ、例えば１×１０-3Ｐａ程度の真空中にて所定のろう付け温度まで加熱することにより一体的に貼り合わせる。本実施例ではろう材３２として銀ろうの薄板材が用いられるとともに、一対の切れ刃チップ１６の重なり部分すなわち貼合せ部分と同一形状を成しており、そのろう材３２を挟んで一対の切れ刃チップ１６を重ね合わせて７００℃〜７５０℃の範囲内のろう付け温度まで加熱してろう付け処理が行なわれることにより、超高圧焼結体１２の部分を含めて一体的に接合される。このように一対の切れ刃チップ１６が一体的に接合された接合チップ３４は、各切れ刃チップ１６が非対称形状であることから、前記側辺Ｌ３と底辺Ｌ５との角部がそれぞれ尖り先端部３０と反対方向へ互い違いに突き出して一対の突出部３６を形成している。図４の(a) はろう付け前の各部材の正面図で、(b) は斜視図、(c) はろう付けした後の接合チップ３４を示す斜視図であり、このように一対の切れ刃チップ１６を反対向きに重ね合わせて一体的にろう付けし、接合チップ３４とする工程が第１ろう付け工程である。なお、真空中でろう付けする代わりに、アルゴン等の不活性ガスやＮ2 ガス、Ｈ2 ガス、 ＣＯ／ＣＯ2 の混合ガス等の非酸化性雰囲気中でろう付け処理を行なうようにしても良い。
【００２９】
続いて、図６に示すように、上記接合チップ３４を図５のドリル本体１４の取付座２０内に挿入し、そのドリル本体１４に一体的にろう付けする。本実施例では、非重なり部分の一対の突出部３６もそれぞれろう材を挟んで傾斜座面２０ａ、２０ｂに着座させられ、その突出部３６の端面や側面を含めてドリル本体１４に接合される。この場合も、前記ろう材３２と同様な銀ろうの薄板材を介在させて接合チップ３４をドリル本体１４の取付座２０に差し込み、所定のろう付け温度（例えば７００℃〜７５０℃）まで加熱することにより、一体的に接合する。但し、一対の切れ刃チップ１６ａ、１６ｂの超高圧焼結体１２は、何れもドリル本体１４から露出しており、ドリル本体１４に固設する必要がないため、ここでは大気中で加熱してろう付け処理が行なわれる。このように接合チップ３４をドリル本体１４の取付座２０に一体的にろう付けする工程が第２ろう付け工程である。図６の(a) 、(b) は、それぞれ図１の(b) 、(c) に対応する図である。
【００３０】
その後、切れ刃チップ１６ａ、１６ｂを含めて先端二番面や三番面、シンニング等の研削加工がダイヤモンド砥石を用いて行われることにより、図１に示すような目的とするドリル先端形状とされ、各切れ刃チップ１６ａ、１６ｂの第１斜辺Ｌ１の稜線部分によってドリル軸心Ｏに対して対称的な一対の切れ刃２２が構成される。また、一対の切れ刃チップ１６ａ、１６ｂの一方の端面すなわちスライス面は、それぞれ切りくず排出溝１８に露出してすくい面として機能する。なお、ドリル本体１４の先端に開口するように、一対のオイルホール３８が設けられ、潤滑油剤や冷却エア等を切削加工部へ供給できるようになっている。
【００３１】
このように、本実施例では図４に示す第１ろう付け工程で一対の切れ刃チップ１６をろう付けする際に真空中でろう付け処理を行なうようにしたため、ＰＣＤの黒鉛化が抑制されるなどして、そのＰＣＤの超高圧焼結体１２についてもろうの拡散により他方の切れ刃チップ１６の超硬合金の台座２４との接合強度が十分に且つ安定して得られるようになる。これにより、切削抵抗による振動等でその超高圧焼結体１２が他方の切れ刃チップ１６から剥離し、チッピングや欠けが発生することが抑制されるとともに、切れ刃２２の剛性が向上し、種々の加工条件において安定した加工性能や工具寿命が得られるようになる。
【００３２】
また、本実施例では、切れ刃チップ１６が中心線Ｓに対して非対称で、接合チップ３４は尖り先端部３０と反対方向へ互い違いに突き出す一対の突出部３６を有し、ドリル本体１４の取付座２０にはドリル軸心Ｏに対して直角な方向から互いに逆向きに傾斜する一対の傾斜座面２０ａ、２０ｂが設けられ、非重なり部分の一対の突出部３６を含めて接合チップ３４がドリル本体１４の取付座２０にろう付けされるため、接合チップ３４とドリル本体１４との接触面積が大きくなって接合強度が高くなるとともに応力が分散され、切れ刃２２の剛性が更に高くなって加工性能や工具寿命が一層向上する。
【００３３】
また、本実施例では、切れ刃チップ１６の第２斜辺Ｌ２が中心線Ｓを挟んで第１斜辺Ｌ１と対称形状を成すように形成されているため、反対向きに重ねて一体的に固設された接合チップ３４の状態において、各切れ刃チップ１６の超高圧焼結体１２の裏側に他方の切れ刃チップ１６の台座２４が存在して一体的に固設されるため、全体として非対称形状とされてドリル本体１４との接触面積が大きくされるのに加えて、超高圧焼結体１２が他方の切れ刃チップ１６の台座２４により良好にバックアップされるようになり、剛性が向上して加工性能や工具寿命が更に向上する。
【００３４】
また、本実施例では、超高圧焼結体１２を有して切削加工を行なう第１斜辺Ｌ１側の側辺Ｌ３と底辺Ｌ５との内角αが鋭角とされることにより、底辺Ｌ５が中心線Ｓに対して直角な方向から傾斜させられて非対称とされているため、その超高圧焼結体１２が設けられた側辺Ｌ３の長さ寸法が他方の側辺Ｌ４よりも大きく、高い機械的強度が得られて過大な負荷が掛かった場合の破損が効果的に抑制される。
【００３５】
また、本実施例では、一対の切れ刃チップ１６が貼り合わされた接合チップ３４をドリル本体１４の取付座２０にろう付けする第２ろう付け工程が大気中で行なわれるため、そのろう付け処理を容易且つ迅速に行なうことが可能で製造コストが節減される。すなわち、この第２ろう付け工程では、ＰＣＤの超高圧焼結体１２の稜線部分が切れ刃２２として用いられる関係から、接合チップ３４の状態で外部に露出している超高圧焼結体１２の全部或いは大部分がドリル本体１４からも露出させられ、本実施例では図６の(b) から明らかなように、超高圧焼結体１２の全部がドリル本体１４から露出しており、超硬合金から成る台座２４をドリル本体１４にろう付けできれば良いため、必ずしも真空または非酸化性雰囲気中でろう付け処理を行なう必要がなく、大気中であっても十分な接合強度が得られるのである。
【００３６】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明が適用されたＰＣＤドリルの先端部分を示す図で、(a) は先端側から見た平面図、(b) は軸心と直角な方向から見た正面図、(c) は(b) の右側面図である。
【図２】図１のＰＣＤドリルで使用されている切れ刃チップを単独で示す図で、(b) は正面図、(a) は(b) の左側面図、(c) は(b) の右側面図である。
【図３】図２の切れ刃チップのチップ素材、およびそのチップ素材を板厚方向にスライスした薄板を説明する図である。
【図４】図２の切れ刃チップを２枚用いて反対向きに重ね合わせて一体的に接合する第１ろう付け工程を説明する図で、(a) はろう付け前の各部材の正面図、(b) は斜視図、(c) はろう付けした後の接合チップを示す斜視図である。
【図５】図１のＰＣＤドリルのドリル本体を示す図で、(a) および(b) はそれぞれ図１の(b) および(c) に対応する図である。
【図６】図５のドリル本体に接合チップがろう付けされた状態を示す図で、(a) および(b) はそれぞれ図１の(b) および(c) に対応する図である。
【図７】従来のＰＣＤドリルの一例を説明する図で、(a) は軸心と直角な方向から見た正面図、(b) は(a) の右側面図、(c) は切れ刃チップの正面図、(d) は切れ刃チップを切り出す薄板を示す図である。
【図８】図７のＰＣＤドリルにおいて、一対の切れ刃チップを反対向きに重ね合わせて一体的に接合するろう付け処理を説明する図で、図４に対応する図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０：ＰＣＤドリル １２：超高圧焼結体 １４：ドリル本体 １６、１６ａ、１６ｂ：切れ刃チップ ２０：取付座 ２０ａ、２０ｂ：傾斜座面 ２４：台座 ３０：尖り先端部 ３２：ろう材 ３４：接合チップ ３６：突出部 Ｏ：ドリル軸心 Ｓ：中心線 Ｌ１：第１斜辺 Ｌ５：底辺
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多結晶ダイヤモンドを超高圧で焼結した超高圧焼結体を超硬合金の台座に所定の厚さで一体に焼結したもので、ドリルの先端形状に対応する尖り先端部を有する薄板形状を成しているとともに、該尖り先端部の両側の一対の辺の一方の第１斜辺が前記超高圧焼結体にて構成されている同一形状の一対の切れ刃チップが、該尖り先端部が一致するように互いに反対向きに重ね合わされた状態でドリル本体の先端の取付座に一体的にろう付けされることにより、各切れ刃チップの前記超高圧焼結体の稜線部分によってドリル軸心に対して対称的な一対の切れ刃が構成されているＰＣＤドリルの製造方法であって、
前記一対の切れ刃チップを互いに反対向きとし、ろう材を介在させて重ね合わせ、真空または非酸化性雰囲気中において所定のろう付け温度まで加熱することにより、前記超高圧焼結体の部分を含めて一体的に貼り合わせる第１ろう付け工程と、
該第１ろう付け工程で前記一対の切れ刃チップが一体的に貼り合わされた接合チップを、更にろう付けにより前記ドリル本体の取付座に一体的に固設する第２ろう付け工程と、
を有することを特徴とするＰＣＤドリルの製造方法。
【請求項２】
前記切れ刃チップは、前記尖り先端部を通るとともに前記ドリル本体にろう付けされた状態においてドリル軸心と平行になる中心線Ｓに対して非対称形状を成していて、該尖り先端部と反対側の底辺が該中心線Ｓに対して直角な方向から傾斜しており、
前記接合チップは、前記底辺の傾斜により前記尖り先端部と反対方向へ互い違いに突き出す一対の突出部を有する一方、
前記ドリル本体の取付座には、前記一対の突出部に対応して、ドリル軸心に対して直角な方向から互いに逆向きに傾斜する一対の傾斜座面が設けられており、
前記第２ろう付け工程では、前記一対の突出部を含めて前記接合チップを前記ドリル本体の取付座にろう付けする
ことを特徴とする請求項１に記載のＰＣＤドリルの製造方法。
【請求項３】
前記第２ろう付け工程は、大気中において前記接合チップを前記ドリル本体の取付座にろう付けする
ことを特徴とする請求項１または２に記載のＰＣＤドリルの製造方法。
【請求項４】
多結晶ダイヤモンドを超高圧で焼結した超高圧焼結体を超硬合金の台座に所定の厚さで一体に焼結したもので、ドリルの先端形状に対応する尖り先端部を有する薄板形状を成しているとともに、該尖り先端部の両側の一対の辺の一方の第１斜辺が前記超高圧焼結体にて構成されている同一形状の一対の切れ刃チップが、該尖り先端部が一致するように互いに反対向きに重ね合わされた状態でドリル本体の先端の取付座に一体的にろう付けされることにより、各切れ刃チップの前記超高圧焼結体の稜線部分によってドリル軸心に対して対称的な一対の切れ刃が構成されているＰＣＤドリルであって、
前記一対の切れ刃チップは、ろう材が介在させられた状態で互いに反対向きに重ね合わされ、真空または非酸化性雰囲気中において所定のろう付け温度まで加熱されることにより、前記超高圧焼結体の部分を含めて一体的に貼り合わされて接合チップとされ、
該接合チップの状態で前記ドリル本体の取付座に一体的にろう付けされている
ことを特徴とするＰＣＤドリル。
【請求項５】
前記切れ刃チップは、前記尖り先端部を通るとともに前記ドリル本体にろう付けされた状態においてドリル軸心と平行になる中心線Ｓに対して非対称形状を成していて、該尖り先端部と反対側の底辺が該中心線Ｓに対して直角な方向から傾斜しており、
前記接合チップは、前記底辺の傾斜により前記尖り先端部と反対方向へ互い違いに突き出す一対の突出部を有する一方、
前記ドリル本体の取付座には、前記一対の突出部に対応して、ドリル軸心に対して直角な方向から互いに逆向きに傾斜する一対の傾斜座面が設けられており、
前記接合チップは、前記一対の突出部を含めて前記ドリル本体の取付座にろう付けされている
ことを特徴とする請求項４に記載のＰＣＤドリル。
【請求項１】
多結晶ダイヤモンドを超高圧で焼結した超高圧焼結体を超硬合金の台座に所定の厚さで一体に焼結したもので、ドリルの先端形状に対応する尖り先端部を有する薄板形状を成しているとともに、該尖り先端部の両側の一対の辺の一方の第１斜辺が前記超高圧焼結体にて構成されている同一形状の一対の切れ刃チップが、該尖り先端部が一致するように互いに反対向きに重ね合わされた状態でドリル本体の先端の取付座に一体的にろう付けされることにより、各切れ刃チップの前記超高圧焼結体の稜線部分によってドリル軸心に対して対称的な一対の切れ刃が構成されているＰＣＤドリルの製造方法であって、
前記一対の切れ刃チップを互いに反対向きとし、ろう材を介在させて重ね合わせ、真空または非酸化性雰囲気中において所定のろう付け温度まで加熱することにより、前記超高圧焼結体の部分を含めて一体的に貼り合わせる第１ろう付け工程と、
該第１ろう付け工程で前記一対の切れ刃チップが一体的に貼り合わされた接合チップを、更にろう付けにより前記ドリル本体の取付座に一体的に固設する第２ろう付け工程と、
を有することを特徴とするＰＣＤドリルの製造方法。
【請求項２】
前記切れ刃チップは、前記尖り先端部を通るとともに前記ドリル本体にろう付けされた状態においてドリル軸心と平行になる中心線Ｓに対して非対称形状を成していて、該尖り先端部と反対側の底辺が該中心線Ｓに対して直角な方向から傾斜しており、
前記接合チップは、前記底辺の傾斜により前記尖り先端部と反対方向へ互い違いに突き出す一対の突出部を有する一方、
前記ドリル本体の取付座には、前記一対の突出部に対応して、ドリル軸心に対して直角な方向から互いに逆向きに傾斜する一対の傾斜座面が設けられており、
前記第２ろう付け工程では、前記一対の突出部を含めて前記接合チップを前記ドリル本体の取付座にろう付けする
ことを特徴とする請求項１に記載のＰＣＤドリルの製造方法。
【請求項３】
前記第２ろう付け工程は、大気中において前記接合チップを前記ドリル本体の取付座にろう付けする
ことを特徴とする請求項１または２に記載のＰＣＤドリルの製造方法。
【請求項４】
多結晶ダイヤモンドを超高圧で焼結した超高圧焼結体を超硬合金の台座に所定の厚さで一体に焼結したもので、ドリルの先端形状に対応する尖り先端部を有する薄板形状を成しているとともに、該尖り先端部の両側の一対の辺の一方の第１斜辺が前記超高圧焼結体にて構成されている同一形状の一対の切れ刃チップが、該尖り先端部が一致するように互いに反対向きに重ね合わされた状態でドリル本体の先端の取付座に一体的にろう付けされることにより、各切れ刃チップの前記超高圧焼結体の稜線部分によってドリル軸心に対して対称的な一対の切れ刃が構成されているＰＣＤドリルであって、
前記一対の切れ刃チップは、ろう材が介在させられた状態で互いに反対向きに重ね合わされ、真空または非酸化性雰囲気中において所定のろう付け温度まで加熱されることにより、前記超高圧焼結体の部分を含めて一体的に貼り合わされて接合チップとされ、
該接合チップの状態で前記ドリル本体の取付座に一体的にろう付けされている
ことを特徴とするＰＣＤドリル。
【請求項５】
前記切れ刃チップは、前記尖り先端部を通るとともに前記ドリル本体にろう付けされた状態においてドリル軸心と平行になる中心線Ｓに対して非対称形状を成していて、該尖り先端部と反対側の底辺が該中心線Ｓに対して直角な方向から傾斜しており、
前記接合チップは、前記底辺の傾斜により前記尖り先端部と反対方向へ互い違いに突き出す一対の突出部を有する一方、
前記ドリル本体の取付座には、前記一対の突出部に対応して、ドリル軸心に対して直角な方向から互いに逆向きに傾斜する一対の傾斜座面が設けられており、
前記接合チップは、前記一対の突出部を含めて前記ドリル本体の取付座にろう付けされている
ことを特徴とする請求項４に記載のＰＣＤドリル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２２６５３９（Ｐ２００９−２２６５３９Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７４６８５（Ｐ２００８−７４６８５）
【出願日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（０００１０３３６７）オーエスジー株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（０００１０３３６７）オーエスジー株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
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