JPH0742489B2 - 複合焼結材料からなる工具または硬質頭部を有する耐磨耗性部品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は硬質な頭部を有する複合焼結材料に関する。

更に詳細には本発明は、ダイヤモンド焼結体或いは高圧
相窒化硼素焼結体の如き硬質な頭部と、該頭部と一体に
構成される超硬合金からなる支持部とを具備する小断面
の複合焼結材料に関する。

このような本発明の対象となる小断面の複合焼結材料
は、高性能な小径ドリルの素材或いはドットプリンタの
ヘッド部として用いることができる。

従来の技術 超硬合金よりなるドリルが金属、非金属材料の穴あけ用
に多用されている。特に近年急激に需要が伸びているプ
リント基板の穴あけには直径1mm前後或いはこれより細
い超硬合金製ドリルが使われている。プリント基板の集
積度は今後も上昇すると予想され、それに伴ないより細
径のドリルの使用割合が増えていくと考えられる。

一方、プリント基板には各種の材料が使われているが、
主として用いられているのはガラス繊維にエポキシ樹脂
を含浸させた強化樹脂で、一般にガラエポ基板と称され
ている。

このようなプリント基板の穴あけは剛性の高いドリルで
通常回転数５〜６万rpmの条件で行われているが、基板
に含まれるガラス繊維は超硬工具を非常に早く摩耗さ
せ、一般的に3000〜5000ヒット（ヒットとは穴あけ回数
のこと）で超硬ドリルは寿命となる。こうしたドリル盤
には自動工具交換装置がついており、寿命となったドリ
ルは自動的に交換される。しかしながら、上述のように
プリント基板の集積度が高まるにつれ、生産効率向上の
ためにはこの自動工具交換のための時間も問題であり、
ドリル寿命をのばして工具交換回数すなわち交換時間を
減少させるという要求が強い。

プリント基板の特性からみると、更に耐熱性等を向上さ
せて高機能化を計りたいという要求も強く、このような
基板材料は実際に製造可能であるが、一般にこのような
高機能材料は難削で、従来の超硬質ドリルでは非常に短
寿命となってしまい、このためこの種の基板材料の実用
化が出来ないのが実情である。

更に、通常のガラエポ基板に対しても更に高能率の穴あ
けを行うため穴あけドリルの回転数の上昇が望まれてい
るが、これも従来の超硬合金製ドリルでは切削速度の上
昇と共に急激に寿命が低下してしまうのでドリル回転数
上昇による高能率化を達成できない。

一方、近年使用量が急激に増加しつつある焼結ダイヤモ
ンド工具は超硬工具に対して飛躍的に硬度が高く、耐摩
耗性がすぐれており、上記強化樹脂などの切削に於いて
は非常な高性能を発揮する。

ところが第１図に示すように、現在市販されている焼結
ダイヤモンド素材は焼結ダイヤモンド層11が超硬合金の
支持部12に14の部分で貼り合わされた形状のものであ
る。

この複合焼結体13を使用してドリルを作製する場合には
第２図に示すようにシャンク15の先端部に複合焼結体13
を何らかの方法により固着させて作らざるを得ない。

ところが例えばプリント基板用に使われるドリルの径は
一般に1mm程度より細く、場合によっては0.1mm位であ
り、このような小径のものではシャンク15と余程強力な
接合強度をもたせないと接合後の刃先研削加工で接合部
16からはずれてしまい、良好なドリルが製造できない。
特に焼結ダイヤモンドは難研削であり、研削抵抗が高
く、通常の銀ロウ付け程度の強度では強度不足である。
接合強度の高い接合方法として例えば電子ビーム溶接が
考えられるが、電子ビーム溶接を実施するとなると、ド
リルの製造工程が複雑且つ原価が高くなり、高性能ドリ
ルの需要の近年の急激な増加に対応できなかった。

一方、支持部について説明すると特に小径の製品の場合
には支持部の強度は非常に重要である。前に述べたよう
にプリント基板の集積度は近年上がって来ており、将来
益々この現象は加速されると考えてよい。すなわちスル
ー・ホール・メッキされる孔の径はどんどん小径へ移行
する。今後プリント基板の製造に0.1mmφとか0.3mmφの
小径のドリルの使用量は増大する。このとき特に問題と
なるのはドリルの折損であり、刃先の摩耗で寿命となる
前に折損してしまっては高価な焼結ダイヤモンドドリル
を使用する意味がなくなる。折損をさけるために軟い材
料や剛性の低い材料で支持部を製造すると屈曲し易くな
り真直な穴があかないという問題がある。又切粉による
支持部の摩耗の問題も生ずる。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、上記従来技術の問題を解決することを目的と
し、更に詳細には、硬質な頭部と強度および抗折力の高
い支持部とを有する小径の複合焼結材料を提供し、これ
より切削性、耐摩耗性および剛性が優れ且つ長寿命のド
リル等を容易に製造可能とすることを目的とする。

更に本発明の目的は、ガラエポ基板の如き難削性の基板
の穴あけを容易且つ高性能で実現する、長寿命のドリル
を低価格で提供することにある。

更に、本発明の目的は、ドットプリンタのヘッドの如き
超硬質の先端部を必要とする細長の部材を容易に製造し
得る中間製品としての小径の複合焼結材料を提供するこ
とにある。

更に詳細には、本発明の目的は、本出願人による特願昭
59−120218号に開示した複合焼結材料の支持部の耐摩耗
性および剛性を改善することにある。

問題点を解決する手段 上記の目的を達成するため、本発明に従い、ダイヤモン
ド粉末または高圧相窒化硼素粉末のいずれか一方または
双方を50％以上含有する硬質焼結部と、該硬質焼結部の
１端部で該硬質焼結部と接合している超硬合金からなる
支持部とを具備する複合焼結材料であって、 該硬質焼結部と該支持部との接合は、該硬質焼結部の焼
結過程で形成されたものであり； 更に、該複合焼結材料の直径あるいは相当直径は3mm以
下であり； 該硬質焼結部の軸方向長さが0.3〜2mmであり； 該支持部の軸方向長さが該硬質焼結部の軸方向長さの５
倍以上であり； 該支持部はWCを主成分とした炭化物を鉄属金属で結合し
た超硬合金よりなり、この超硬合金中の炭化物の平均粒
度が３μｍ以下であり、また結合金属量が７重量％以上
であることを特徴とする硬質な頭部を有する複合焼結材
料が提供される。

ダイヤモンド粉末または高圧相窒化硼素粉末の平均粒度
は好ましくは30μｍ以下であり、この範囲の粒度のダイ
ヤモンドまたは高圧相窒化硼素焼結体で耐摩耗性および
剛性に優れた複合焼結材料が得られる。

ただし、ダイヤモンド粉末を使用して切削工具のチップ
を作製するときは、平均粒度が10μｍを越えるダイヤモ
ンド粉末を原料として使用すると、この複合焼結材料を
加工して得た切削工具の切刃が鋭利に成形できず、この
ため高性能とならないので、硬質焼結部は10μｍ以下の
ダイヤモンドまたは高圧相窒化硼素からなるのが好まし
い。

硬質焼結部がダイヤモンド粉末を主成分として焼結され
たものであるときは、ダイヤモンド粉末単独、或いは70
％以上のダイヤモンドを含み、残部がFe、CoまたはNiを
主成分とする結合材により焼結したものである。このよ
うな硬質焼結部の好ましい例としては、70％以上のダイ
ヤモンドとWC−５〜15％Coとの焼結体がある。

尚、硬質焼結部の材料としてダイヤモンド単独の粉末を
使用する場合は、硬質焼結部の焼結時に支持部材料中の
結合材成分もしくはダイヤモンド粉末に隣接しておいた
溶浸材が硬質焼結部材料粉末中に溶浸することによって
硬質焼結部の焼結が達成される。

硬質焼結部が高圧相窒化硼素粉末を主成分とする場合
は、高圧相窒化硼素粉末単独、或いは50％以上の高圧相
窒化硼素に4a、5a、6a族元素の炭化物、窒化物、炭窒化
物及びアルミニウムおよび／またはシリコンを結合材と
して添加して焼結したものがある。なお、高圧相窒化硼
素単独の粉末はそれに隣接して置いた溶浸材から溶浸さ
れて焼結が達成される。ここで、高圧相窒化硼素とは、
立方晶型窒化硼素およびウルツ鉱型窒化硼素を意味す
る。

次に支持部について説明すると、WCを主成分とする超硬
合金は高い剛性のみならず高い耐摩耗性を有し、また高
い耐摩耗性を示す割りに強度の高い優れた工業材料であ
るため本発明に於いても支持部にはWCを主成分とする超
硬合金を採用した。

鋼切削用の超硬合金に含まれているTiCやTaCは本発明の
支持部の場合には耐摩耗性の向上には役立たずむしろ強
度を低下するので有効でない。しかし焼結時にWCの粒成
長を抑制するに有効な数％以下程度の少量のTaC、Cr₃C₂
やVCは特に微細なWCを主成分とする超硬合金を得るのに
有効である。また結合金属としてCoが最も好ましく、Ni
がそれに次いで好ましい。

本発明の好ましい１態様に従うと、支持部を構成する超
硬合金中の炭化物の粒度が２μｍ以下であり、結合金属
量が12重量％以上である。

更に、本発明の１つの態様に従うと、硬質焼結部と支持
部とは、厚さ0.5mm以下の中間接合層を介して接合され
ている。

中間接合層としては、70％未満の高圧相窒化硼素と残部
が周期律表第4a族のTi、Zr、Hfの炭化物、窒化物、炭窒
化物あるいはホウ化物の１種もしくはこれらの混合物ま
たは相互固溶体化合物を主体としたものと、これにAlお
よび／またはSiを0.1重量％以上含有するものが好まし
い。

上記した如く、本発明に於いては硬質焼結部と支持部の
接合が硬質焼結部の焼結時に形成されることが肝要であ
る。このために、硬質焼結部のホットプレス（焼結処
理）時に硬質焼結部の材料粉末を支持部材料の上に配置
してホットプレスを行うことが必要である。このとき、
支持部となる材料は、既に焼結済みの固形超硬合金であ
ってもよく、或いは超硬合金材料の粉末であってもよ
い。

次ぎに、本発明の複合焼結材料円柱体の寸法上の特徴を
説明する。

本発明の複合焼結材料の断面は3mm以下の直径あるいは
相当直径であることが必要である。3mmを越える直径の
複合焼結材料はプリント基板の穴あけドリル用素材とし
ては不適格である。また研削して使用するにしても研削
代が大きくなり不経済である。ここで、相当直径とは断
面積の等しい円の直径に換算した値を意味する。

また、硬質焼結部の軸方向の長さは0.3〜2mmの範囲であ
る。0.3mm未満では、ドリル先端部として使用した場合
には必要が切刃を形成できず、2mmを越える長さでは高
価なダイヤモンド粉末等を多量に使用することになり不
経済であり、また折損の危険が増加する。

更に、本発明の複合焼結材料の支持部の長さは硬質焼結
部の長さの５倍以上であることが必要である。ドリルを
作製する場合に、ドリルの刃先長さを確保し、末端をシ
ャンクに埋込む必要があるので、上記の通り、硬質焼結
部の長さの５倍以上の長さの支持部が必要となる。複合
焼結材料の断面形状としては円形が一般に望ましいが、
ドリルにしても平切りドリルもあり、必ずしも円形にこ
だわらなく、角形であってもよい。これは製造上の難易
や最終製品の形状によって決められる。

作用 本発明は上述した如く特願昭59−120218号および特願昭
59−120219号に開示した複合焼結材料の支持部を改良し
たものである。すなわち、上記した如く本発明の複合焼
結材料に於いては支持部の軸方向長さは硬質焼結部の長
さの５倍以上ある。従って、ドリルとして用いられる際
には支持部の折損または屈曲の恐れがあり、更に高速回
転による摩耗を考慮する必要があり、上記の如く支持部
の成分を限定して苛酷な使用条件でも折損または屈曲の
恐れがなく、長寿命のドリルを提供することに成功した
ものである。従って、本発明による支持部の改良点およ
びその作用を以下に詳細に説明する。

まず、本発明の複合焼結材料の１つの特徴は硬質焼結部
と支持部との接合を硬質焼結部の焼結過程で形成するこ
とにある。このため支持部が製造中にダイヤモンド又は
高圧相型窒化硼素が安定な高温でしかも超高圧下にさら
される。WC−Coの焼結は通常真空下1300〜1500℃の温度
で行われ、一方ダイヤモンド又は高圧相型窒化硼素の焼
結は温度は同程度であるが、４万〜５万気圧の超高圧下
でなされる。従ってWC−Coは予め焼結されたものが用い
られるにせよ、硬質部と同時に焼結されるにせよこの超
高圧の影響を受ける。

本発明の複合焼結材料を製造するには予め焼結した支持
部を用いる場合の方が容易である。従って本発明者は色
々な種類の焼結済みのWC−Co合金を上記条件にさらして
みたところ、以下の現象を見い出した。

一般にWC−Co合金の機械的特性はCo％とWC結晶粒度で決
まる。ところで、WC結晶の粒度が３μｍ以上の場合に
は、このWC結晶は超高圧加工により破壊され、その機械
的特性が大幅に変わってしまい一定の機械的特性を有す
る支持部の製造が困難となる。従って、支持部の超硬合
金のWC結晶の平均粒度を３μｍ以下とした。

しかしながら、ダイヤモンド又は高圧相型窒化硼素の焼
結条件に於いて、WC結晶は液相Coとの濡れ性が極めて良
いので、破壊したWC結晶中に液相Coが侵入し破壊された
WCをCoが結合した形となるので、その機械的特性はかな
らずしも低下すると限らないことが本発明者等の実験で
確認された。

例えば、従来の技術知識に従うと、平均粒度１μｍ以下
のWC−Co合金の場合、少量の大きなWC結晶が存在すると
この大きなWC結晶が破壊の起点になり強度が低下すると
考えられた。しかしながら、本発明者等の実験による
と、逆に超高圧加圧により処理後の強度が上昇する場合
がある。こうした強度上昇の現象は超硬合金中の結合金
属の含有量によって左右される。本発明者等の実験によ
ると、この強度上昇は、ダイヤモンド又は高圧相型窒化
硼素の焼結中の超高圧加圧により大きなWC結晶が破壊さ
れ、破壊されたWC結晶間に結合金属が侵入してこれらを
結合するためと考えられる。

一方、超高圧加圧が完全に静水圧的になされるならば問
題ないが、実際にはその加圧を静水圧に近づける工夫を
加えているというのが工業生産における実状である。従
って、超高圧加圧下の超硬合金には無理な変形が加わる
と考えてよい。例えばWC−Co合金を例に考察すると、そ
の含有Co量が多ければ、その変形に合金が追随可能であ
るが、少なければ、最も変形の著しかった部分に微細亀
裂ないしは孔などの欠陥を生ずる可能性がある。

超高圧高温加熱を色々なCo量の合金に加えた後その抗折
力を測定してみたところCo量が重量で７％以下の場合に
は、超高圧高温処理前に比べ抗折力値は低下すること、
12％以上の場合にはむしろ向上することを見い出した。

７％以下の場合は超高圧によりWC結晶が破壊され、これ
にCoが追随できず欠陥を生じたためと考えられる。12％
以上の場合に、むしろ抗折力が向上した理由は次のごと
くと考えられる。

WC−Co合金の破壊の起点は前述のごとく粗大なWC結晶、
空孔、異相といわれる。いま、異相は存在しないことを
処理前後に顕微鏡で観察しているので問題外とする。粗
大なWC結晶については前に述べた如くである。空孔とい
うのは数μｍから数百μｍの孔を指すがこれが外圧によ
ってつぶれ或いはCoにより充填されることがHIPの例か
ら容易に推測出来る。HIPの場合と本発明の複合焼結材
料の製造工程では処理温度は同一であり、本発明の場合
の方が圧力が一桁以上高いのでこの傾向がより助長され
ると考えられる。

Co％が12％より更に高い、例えば20％のWC−Co合金では
その抗折力の増加率が30％以上と大きかった。その抗折
力の増加率の高い原因を検討した結果次のことが分っ
た。

すなわち、WC−CoのCo相は通常FCC構造をなし、合金の
含有炭素量が低い場合には10％近くのＷを固溶している
が一般には純Coに近い組成である。従って、一般にCo量
の高いWC−Co超硬合金は容易に変形し、このため歪をか
けていくと塑性変形し、いわゆる歪−応力曲線はなだら
かに水平に寝た形となる。この曲線が寝た形とならず直
線的に上昇推移すれば強度は高くなることになる。この
観点から高温且つ超高圧の条件下での処理後のCo相を調
べたところＷが15％前後固溶していることが判明し、こ
れによりCo相が変形し難くなっていることが分った。こ
の理由は次の如く考えられる。

すなわち、Co−Ｗ−C3元共晶からその共晶温度で析出す
るCo相は約20％のＷを含有する。通常の焼結後の冷却で
はＷはこの３元共晶からWC相上へ析出する。しかし本発
明の複合焼結材料の製造工程では硬質部の焼結終了後ま
ず加熱電源を切って冷却したのち除圧する。すなわちＷ
がCo相から析出しようとする時には、まだ超高圧下にあ
り、このような超高圧下では固体中の拡散速度は著しく
低下し、WC相上への析出が阻止される。このことは本発
明の複合焼結材料の支持部のWC−Co超硬合金中のCo相が
多くのＷを固溶していることからも納得できる。従っ
て、本発明に於いては、通常ではその変形により使えな
い範囲の高含有量の結合金属を含むWC超硬合金が支持部
として用いられる。

すなわち、本発明に従うと、支持部を構成する超硬合金
中の炭化物の平均粒度が３μｍ以下であり、また結合金
属量が７重量％以上である。

更に、本発明の好ましい態様に従うと、支持部を構成す
る超硬合金中の炭化物の粒度が２μｍ以下であり、結合
金属量が12重量％以上である。

以下、本発明を実施例により説明する。

実施例 添付図面の第３図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明
の複合焼結材料の外観を示す。

第３図（ａ）に示す複合焼結材料円柱体23は硬質焼結部
21と支持部22とからなり、硬質焼結部21と支持部22とは
硬質焼結部21の焼結過程で一体に接合されている。

他方、第３図（ｂ）に示す複合焼結材料円柱体23では、
硬質焼結部21と支持部22とは、それらの間に中間接合層
24を介在させて接合している。

次に本発明の複合焼結材料円柱体の製造方法を説明す
る。

本出願人による特願昭59−120219号に詳細に記載の如
く、本発明者らは、まず断面積の大きな複合材料ブロッ
クのホットプレスを行って複合焼結体ブロックを製造
し、これを放電ワイヤカッティングで小断面の棒状体に
切断することにより小径で細長の、硬質な頭部を有する
複合焼結材料を与えることに成功したものである。

すなわち、上記特願昭59−120219号に記載の方法では、
ダイヤモンド粉末または高圧相窒化硼素粉末を50％以上
含有する硬質焼結体用の第１の材料層と、該第１の材料
層の焼結過程で該第１の材料の硬質焼結体と接合する第
２の材料層とを同一のホットプレスコンテナ内に加圧方
向に重ねて装入し、高温高圧下でホットプレスして該第
１の材料層を焼結すると同時に、得られた硬質焼結体を
該第２の材料層側と接合せしめて、所定厚さの硬質焼結
体の層を有する複合材料ブロックを形成し、該複合材料
ブロックを放電ワイヤカッティング方法により材料層厚
方向に切断して、頭部に硬質焼結体を備える細長の複合
材料棒状体を２本以上切り取る。

この複合材料をホットプレスして焼結するに際し、本発
明に従うと、複合材料ブロックの軸方向長さはその相当
直径の３倍、好ましくは２倍以下の必要がある。３倍を
越える軸方向長さの複合材料ブロックのホットプレスを
行うと複合材料ブロック内の圧力分布が変則的となり、
曲がりなどを生ずるからである。

第３図に示す複合材料円柱体の切り出し方法を説明す
る。上述の如くホットプレスして得られた複合焼結体ブ
ロック33は、第４図（ａ）に示す如く、厚さ1mmのダイ
ヤモンド焼結体層31と、これに接合した超硬合金層32と
からなり、中間接合層を含む場合では第４図（ｂ）示す
如くダイヤモンド焼結体層31と超硬合金層32とが中間接
合層34を介して接合されている。図示の例では円柱状の
複合焼結体ブロックを示しているが、複合焼結体ブロッ
クは円柱体でも角柱体でもよいことは勿論である。

これらの複合焼結体ブロックを第５図に示す如く、複合
焼結体ブロックと同軸方向の相当直径3mm以下の断面の
棒状体に放電ワイヤカッティング法により切断して第３
図（ａ）および（ｂ）に示す如き硬質の頭部を有する複
合材料棒状体に切断する。

この放電ワイヤカッティング法では、ワイヤと複合焼結
体ブロックとの間に高電圧をかけ、ワイヤを緊張した状
態で走行させてブロックを切断するものであり、その方
法の詳細は例えば米国特許第4,103,137号を参照された
い。

以下、本発明の頭部に硬質な焼結体を有する複合焼結材
料の具体的な製造例を説明する。

製造例１ 外径18mm、内径14mm、高さ15mmのWC−12％Co超硬合金製
リング、外径14mm、高さ12mmのWC−12％Co超硬合金製円
柱ブロック、外径14mm、厚さ0.5mmのWC−12％Co超硬合
金製円板と粒径0.5μｍのダイヤモンド粉末85％と残余
が粒径0.5μｍ以下のWC−15％Co超硬合金粉末よりなる
混合粉末を用意した。

超硬合金リングの内径に超硬合金円柱ブロックを挿入
し、超硬合金リング内面と超硬合金円柱ブロックの上面
とで形成される直径14mm、深さ3mmの凹所に前記混合ダ
イヤモンド粉末を充填後加圧して、混合粉末の高さを1.
5mmとし、超硬合金円板で蓋をした後、超高圧焼結装置
中に配置し、圧力55kb、温度1370℃の条件で15分間焼結
を行った。冷却後、減圧して取り出した封入容器の上部
超硬合金円板を研削により除去すると高さ12mmの超硬合
金支持部の上面に厚さ1mmの焼結ダイヤモンド層が接合
して形成され周囲に超硬合金製リングがやはり支持部及
び焼結ダイヤモンド層に結合した複合体ブロックが得ら
れた。

この複合体ブロックを第５図に示すように、放電ワイヤ
カット加工機に装着し、放電ワイヤカッティングして、
複合体ブロックの軸方向より直径1mm、長さ13mmの丸棒
で支持部は平均粒度２μｍのWC−12％Co超硬合金よりな
り、その一端に長さ1mmの焼結ダイヤモンド層が固着形
成された円柱体を得た。

製造例２ それぞれWC−12％Co超硬合金よりなる外径18mm、内径
14mm、高さ20mmのリング、外径14mm、高さ18mmのWC−
１％Cr₃C₂−20％Co円柱ブロック、外径14mm、厚さ1mm
の円板と、粒径３μｍのダイヤモンド粉末90％と残余が
Co粉末よりなる混合粉末、粒径３μｍの高圧相窒化硼素
（以下、立方晶型窒化硼素をCBNと略記する）粉末60％
と残余が（TiN−10重量％A1）の組成の粉末よりなる混
合粉末を用意した。

超硬合金製円柱ブロックの上面に前記CBN混合粉末を溶
媒に溶かしたものを厚さ50μｍに塗付した後、溶媒を加
熱除去し、この処理を行った超硬合金円柱ブロックを超
硬リング内径に挿入した。

次に、超硬合金リング内面とCBN混合粉末を塗布した超
硬合金円柱ブロックの上面とで形成される凹所に前記ダ
イヤモンド混合粉末を充填した後、加圧成型して厚さ1m
mのダイヤモンド混合粉末層を形成した後、超硬合金円
板で蓋をした。

次にこの容器を超高圧焼結装置中に配置し、圧力55kb、
温度1400℃で10分間焼結を行った後、冷却、減圧して容
器を取り出した。容器の上部超硬合金円板を研削除去す
ると高さ18mmの超硬合金支持体の上面に厚さ0.5mmの焼
結ダイヤモンド層が厚さ25μｍの焼結CBN層を介して接
合され、周囲に超硬合金リングが支持体及び焼結ダイヤ
モンド層に結合した複合体ブロックが得られた。

この複合体ブロックを放電ワイヤカット、加工機に装着
し、放電ワイヤカッティングにより複合体の軸方向より
直径0.3mm、長さ18.5mmの丸棒で支持部は平均粒度0.7μ
ｍの微細なWC−１％Cr₃C₂−20％Co超硬合金よりなり、
その一端に長さ0.5mmの焼結ダイヤモンド層が厚さ25μ
ｍの焼結CBN界面層を介して接合形成された円柱体を得
た。

製造例３ WC−0.5％VC−13％Co超硬合金よりなり、上面に直径20m
m、深さ3mmの円形凹所を有する外径24mm、高さ25mmの円
柱ブロック、外径20mm、厚さ0.5mmのWC−12％Co超硬合
金製円板と粒径0.5μｍのダイヤモンド粉末80％と残余
が粒径0.5μｍ以下のWC−15％Co超硬合金粉末よりなる
ダイヤモンド混合粉末を用意した。

このダイヤモンド混合粉末を前記超硬合金円柱ブロック
の上面凹所に充填後加圧して高さ2.3mmのダイヤモンド
混合粉末層を形成した。次にこの上に超硬合金円板で蓋
をした後、超高圧焼結装置内に配置し、圧力55kb、温度
1400℃で15分間焼結した。

焼結後、封入容器を取り出し、上面の超硬合金蓋を研削
除去すると上面円形凹所に厚さ1.5mmの焼結ダイヤモン
ド層を有し、これが周囲の合金容器に強固に接合した複
合体ブロックが得られた。

この複合体ブロックを放電ワイヤカット加工機に装着
し、放電ワイヤカッティングにより複合体ブロックの軸
方向より直径2mm、長さ23.5mmの丸棒で支持部は平均粒
度0.7μｍのWC−0.5％VC−13％Co超硬合金よりなり、そ
の一端に長さ1.5mmの焼結ダイヤモンド層が固着形成さ
れた円柱体が得られた。

製造例４ 外径18mm、内径14mm、高さ15mmのWC−12％Co超硬合金リ
ング、外径14mm、高さ12mmのWC−２％TaC−16％Co合金
よりなる円柱ブロック、外径14mm、厚さ0.5mmのWC−12
％Co超硬合金円板と粒径３μｍのCBN85％と残余がTiN
_0.82粉末とAl粉末を重量比で80:20として混合した後、1
000℃で30分真空炉内で加熱処理を行った後、0.3μｍに
粉砕した粉末とよりなるCBN混合粉末を用意した。

超硬合金リングの内径に円柱ブロックを挿入して、超硬
合金リング内面と円柱ブロック上面とで形成される直径
14mm、深さ3mmの凹所に前記CBN混合粉末を充填し、加圧
して高さ1.7mmのCBN混合粉末層を形成した。次いで、超
硬合金円板をかぶせて蓋をし、超硬合金容器全体を超高
圧焼結装置中に配置し、しかる後圧力50kb、温度1250℃
で20分間焼結を行った。

焼結後、超硬合金容器を取り出し、上面のWC−12％Co超
硬合金蓋を研削除去すると高さ12mmの支持部の上面に厚
さ1mmの焼結CBN層が接合して形成され周囲に超硬合金製
リングが支持体および焼結CBN層に接合した複合体ブロ
ックが得られた。

この複合体ブロックを放電ワイヤカット加工機に装着
し、放電ワイヤカッティングにより複合体ブロックの軸
方向より一辺が1mm、長さ13mmの角棒で支持部は平均粒
度１μｍのWC−２％TaC−16％Co合金よりなり、その一
端に長さ1mmの焼結CBNが固着形成された細長角棒が得ら
れた。

製造例５ 外径40mm、内径36mm、高さ40mmのWC−12％Co超硬合金リ
ング、外径36mm、高さ34mmのWC−12％Co超硬合金円柱ブ
ロック、外径36mm、厚さ0.5mmのWC−12％Co超硬合金円
板と粒径３μｍのCBN粉末60体積％と残余（TiN−10重量
％Al）の組成の粉末よりなるCBN混合粉末を用意した。

まずCBN混合粉末を直径36mm、厚さ2.5mmの円板に加圧成
型し、前記超硬合金リングの内径に下部より超硬合金円
板、CBN成型体、超硬合金円柱ブロック、CBN成型体、超
硬合金円板の順に積層配置し、セットした容器全体を超
高圧焼結装置中に配置して圧力40kb、温度1200℃で20分
間焼結した。

焼結後取り出し、上下の超硬合金蓋を研削除去すると高
さ34mmの超硬合金円柱ブロックの上下面に直径36mm、厚
さ1.5mmの焼結CBN層が固着形成され、更に周囲が超硬合
金リングでおおわれた複合体ブロックが得られた。

次に、この複合体ブロックを放電ワイヤカット加工機に
装着し、放電ワイヤカッティングにより複合ブロック軸
方向より、直径2.5mm、長さ37mmの丸棒でその両端に長
さ1.5mmの焼結CBN層が固着形成されものが得られた。

この丸棒を更に長さ方向中央部で切断２分することによ
り直径2.5mm、長さ18mmの丸棒で支持部はWC−12％Co超
硬合金よりなり一端に長さ1.5mmの焼結CBN層が固着形成
された棒状体が得られた。

尚、本明細書中では％の表示は、特別に示さない限り体
積パーセントで示す。

適用例 本発明の複合焼結材料をドリルに適用した例を第６図に
示す。

第６図（ａ）に示す如く、ドリルのシャンク25の先端
に、断面円形の複合焼結材料とほゞ同一径の孔26を穿設
する。この孔26に本発明の複合焼結材料23の支持部の一
端部を押し込み、固定する。このとき、孔26内にロウ材
を滴下しておき、ロウ付けしてもよい。

この第６図（ａ）に示す如く、シャンクに固定された複
合焼結材料23を刃付け加工し、第６図（ｂ）に示す如き
ドリルを得た。この本発明の複合焼結材料を用いて製造
したドリルは複雑な電子ビーム溶接による接合部分を含
まず、しかも全体として強固且つ堅牢な構造である。従
って、ガラエポ基板の如き高性能のプリント基板に対し
ても高能率の穴あけを行うことが可能である。

更に、本発明の複合焼結材料は断面が任意の形状にカッ
トされているので、断面が円形の場合は第６図（ａ）に
示す如くドリルのシャンクの先端に穿孔された穴に押し
込む際にも特別な加工を必要とせずに取り付けることが
でき、更に刃先加工の削り代も少量であり経済的であ
る。

発明の効果 以上に説明の如く本発明は、特願昭59−120218号及び特
願昭59−120219号に記載の複合焼結材料に於いてその支
持部の組成を改善して強度および抗折力の高い支持部を
提供することに成功したものである。すなわち、本出願
人は特願昭59−120218号でガラエポ基板の如き難削性の
基板の穴あけを容易且つ高性能で実現する長寿命のドリ
ル用の複合焼結材料を開示したが、これに更に支持部の
改善を行い耐摩耗性および剛性を高め高速回転等の苛酷
な使用条件でも長寿命のドリル等を容易に製造可能とし
たものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来技術の複合ダイヤモンド焼結体の構造を示
す。 第２図は従来技術の複合焼結体を刃先に固着したドリル
を示す。 第３図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明の実施例の複
合焼結材料円柱体を示す。 第４図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の複合焼結
材料円柱体を切り出す前の状態の複合焼結材料ブロック
の斜視図である。 第５図は、複合材料ブロックから小断面の円柱体を切り
出す位置を示す。 第６図（ａ）は本発明の複合焼結材料円柱体をドリルの
シャンクに固着した状態を示し、第６図（ｂ）はこのよ
うにして得られたドリルを示す。 （主な参照番号） 11……従来のダイヤモンド工具の焼結ダイヤモンド層、
12……超硬合金製の支持部、 13……従来の複合焼結ダイヤモンドのチップ、 15……シャンク、 21……本発明の複合焼結材料の硬質焼結部、 22……支持部、23……本発明の複合焼結材料、 24……中間接合部、 31……複合材料ブロックの硬質焼結部、 32……支持部、33……複合材料ブロック、 34……中間接合部、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ダイヤモンド粉末または高圧相窒化硼素粉
   末のいずれか一方または双方を50％以上含有する硬質焼
   結部（21）と、この硬質焼結部の１端部に接合された支
   持部（22）とで構成される複合焼結材料（23）からなる
   工具または硬質頭部を有する耐磨耗性部品において、 硬質焼結部（21）と支持部（22）との接合は硬質焼結部
   （21）の焼結過程で形成されたものであり、 複合焼結材料（23）の直径あるいは相当直径は3mm以下
   であり、硬質焼結部（21）の軸方向長さは0.3〜2mmであ
   り、支持部（22）の軸方向長さは硬質焼結部（21）の軸
   方向長さの５倍以上であり、 支持部（22）はWCを主成分とした炭化物を鉄族金属で結
   合した超硬合金からなり、この超硬合金中の炭化物の平
   均粒度は３μｍ以下であり、また、結合金属はCoであ
   り、その量は７重量％以上であり、 硬質焼結部（21）のダイヤモンド粉末または高圧相窒化
   硼素粉末の平均粒度は10μｍ以下である、 ことを特徴とする工具または硬質頭部を有する耐磨耗性
   部品。
2. 【請求項２】超硬合金中の炭化物の粒度が２μｍ以下で
   あり、結合金属の量が12重量％以上である特許請求の範
   囲第１項に記載の工具または硬質頭部を有する耐磨耗性
   部品。
3. 【請求項３】硬質焼結部（21）と支持部（22）との接合
   が厚さが0.5mm以下の中間接合層を介してなされている
   特許請求の範囲第１項または第２項に記載の工具または
   硬質頭部を有する耐磨耗性部品。