JPH10138027A - ドリル用超硬合金および該合金を用いたプリント基板穿孔用ドリル - Google Patents
ドリル用超硬合金および該合金を用いたプリント基板穿孔用ドリルInfo
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- JPH10138027A JPH10138027A JP8299085A JP29908596A JPH10138027A JP H10138027 A JPH10138027 A JP H10138027A JP 8299085 A JP8299085 A JP 8299085A JP 29908596 A JP29908596 A JP 29908596A JP H10138027 A JPH10138027 A JP H10138027A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐折損性に優れ且つ硬質炭素膜を密着性良く
被覆することのできるドリル用超硬合金、および該超硬
合金を用いたプリント基板穿孔用ドリルを提供する。 【解決手段】 平均粒径が０．７μｍ以下のＷＣを主成
分とすると共に、Ｖ，Ｃｒ，ＴａおよびＭｏよりなる群
から選択される１種以上を０．１〜３．０重量％含有
し、表面層が実質的にＷＣのみ、或は結合相形成成分と
しての鉄族金属以外の成分とＷＣ粒子のみからなり、且
つ表面層のＷＣの平均粒径が内部のＷＣの平均粒径より
も大きいＷＣ−鉄族金属系超硬合金において、内部のヤ
ング率が６００ＭＰａ以上である。
被覆することのできるドリル用超硬合金、および該超硬
合金を用いたプリント基板穿孔用ドリルを提供する。 【解決手段】 平均粒径が０．７μｍ以下のＷＣを主成
分とすると共に、Ｖ，Ｃｒ，ＴａおよびＭｏよりなる群
から選択される１種以上を０．１〜３．０重量％含有
し、表面層が実質的にＷＣのみ、或は結合相形成成分と
しての鉄族金属以外の成分とＷＣ粒子のみからなり、且
つ表面層のＷＣの平均粒径が内部のＷＣの平均粒径より
も大きいＷＣ−鉄族金属系超硬合金において、内部のヤ
ング率が６００ＭＰａ以上である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、その表面にダイヤ
モンドや非晶質炭素等の硬質炭素膜を被覆して、プリン
ト基板（Prinnt circuit Board:PCB）に小径の孔を開け
る為に使用するプリント基板穿孔用ドリル（以下、「Ｐ
ＣＢドリル」と呼ぶことがある）の素材として有用な超
硬合金、および上記の様なＰＣＢドリルに関するもので
ある。尚本発明で対象とする超硬合金は、結合相形成成
分としてＣｏに限らずＮｉ等の鉄族金属をも含む主旨で
あるが、以下ではＣｏを代表的な結合相形成成分として
取り上げて説明を進める。
モンドや非晶質炭素等の硬質炭素膜を被覆して、プリン
ト基板（Prinnt circuit Board:PCB）に小径の孔を開け
る為に使用するプリント基板穿孔用ドリル（以下、「Ｐ
ＣＢドリル」と呼ぶことがある）の素材として有用な超
硬合金、および上記の様なＰＣＢドリルに関するもので
ある。尚本発明で対象とする超硬合金は、結合相形成成
分としてＣｏに限らずＮｉ等の鉄族金属をも含む主旨で
あるが、以下ではＣｏを代表的な結合相形成成分として
取り上げて説明を進める。
【０００２】
【従来の技術】プリント基板は、ガラス繊維をエポキシ
樹脂で固めて表面に銅箔を施した基板である。近年、プ
リント基板の高密度化や積層化が進められており、それ
に応じてプリント基板に小径の孔を開ける為に使用する
ＰＣＢドリル用の素材として、耐摩耗性や耐折損性がこ
れまでよりも一層優れることが要求されている。
樹脂で固めて表面に銅箔を施した基板である。近年、プ
リント基板の高密度化や積層化が進められており、それ
に応じてプリント基板に小径の孔を開ける為に使用する
ＰＣＢドリル用の素材として、耐摩耗性や耐折損性がこ
れまでよりも一層優れることが要求されている。
【０００３】ＰＣＢドリルの素材としては、ＷＣ−Ｃｏ
系超硬合金が一般的に用いられているが、ＷＣ−Ｃｏ系
超硬合金をドリル素材として用いた場合には、ＷＣの粒
度を小さくすれば、硬度を高めても靭性の低下を抑制で
きるので、こうした観点から特開昭６１−１２８４７号
や同６１−１９５９５１号等の超硬合金が提案されてい
る。前者の技術は、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金（或はＷＣ−
Ｎｉ系超硬合金）に、粒成長抑制元素であるＶとＣｒを
複合添加することによって、ＷＣの粒成長抑制効果を狙
ったものであり、平均粒径で０．７μｍ以下の微細なＷ
Ｃ粒子を分散相とする耐摩耗性および靭性の優れた超硬
合金を得るものである。後者の技術では、ＶＣやＺｒＮ
を添加することによって、ロックウエル硬度（ＨＲＣ）
が９１以上で且つ抗折力が３５０ｋｇ／ｍｍ2 以上であ
る高靭性超硬合金が示されている。尚ＷＣの粒成長抑制
元素としては、ＶやＣｒの他にＴａやＭｏ等も知られて
いる（例えば、「粉体および粉末冶金」19(1972)p.6
7）。
系超硬合金が一般的に用いられているが、ＷＣ−Ｃｏ系
超硬合金をドリル素材として用いた場合には、ＷＣの粒
度を小さくすれば、硬度を高めても靭性の低下を抑制で
きるので、こうした観点から特開昭６１−１２８４７号
や同６１−１９５９５１号等の超硬合金が提案されてい
る。前者の技術は、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金（或はＷＣ−
Ｎｉ系超硬合金）に、粒成長抑制元素であるＶとＣｒを
複合添加することによって、ＷＣの粒成長抑制効果を狙
ったものであり、平均粒径で０．７μｍ以下の微細なＷ
Ｃ粒子を分散相とする耐摩耗性および靭性の優れた超硬
合金を得るものである。後者の技術では、ＶＣやＺｒＮ
を添加することによって、ロックウエル硬度（ＨＲＣ）
が９１以上で且つ抗折力が３５０ｋｇ／ｍｍ2 以上であ
る高靭性超硬合金が示されている。尚ＷＣの粒成長抑制
元素としては、ＶやＣｒの他にＴａやＭｏ等も知られて
いる（例えば、「粉体および粉末冶金」19(1972)p.6
7）。
【０００４】一方、ダイヤモンドや非晶質ダイヤモンド
等の硬質炭素は、極めて高い硬度を有し、また熱伝導率
も高いことから、切削工具や耐摩耗性工具等への応用開
発が進められており、なかでも靭性に優れた超微粒系超
硬合金を工具母材とし、その表面に気相合成法によって
硬質炭素膜を被覆した硬質炭素膜被覆超硬合金工具の開
発が精力的に進められている。
等の硬質炭素は、極めて高い硬度を有し、また熱伝導率
も高いことから、切削工具や耐摩耗性工具等への応用開
発が進められており、なかでも靭性に優れた超微粒系超
硬合金を工具母材とし、その表面に気相合成法によって
硬質炭素膜を被覆した硬質炭素膜被覆超硬合金工具の開
発が精力的に進められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
で工具母材として用いられてきた超硬合金には、結合相
として３〜２０％程度のＣｏやＮｉ等の鉄族元素を含ん
でおり、硬質炭素膜の合成時に炭素が結合相中に溶解し
て硬質膜が形成されず、或はたとえ硬質皮膜が部分的に
形成されても、超硬合金母材との密着性が十分でなく、
膜が簡単に剥離してしまうという欠点がある。
で工具母材として用いられてきた超硬合金には、結合相
として３〜２０％程度のＣｏやＮｉ等の鉄族元素を含ん
でおり、硬質炭素膜の合成時に炭素が結合相中に溶解し
て硬質膜が形成されず、或はたとえ硬質皮膜が部分的に
形成されても、超硬合金母材との密着性が十分でなく、
膜が簡単に剥離してしまうという欠点がある。
【０００６】こうした不都合を改善するという観点か
ら、例えば特開平７−１１３７５号に示される様な技術
も提案されている。この技術は、硬質炭素膜を被覆した
際に密着性が優れたものとなる様にする為に、表面層が
実質的にＷＣ粒子のみ、或は結合相形成成分としての鉄
族元素以外の成分とＷＣ粒子のみが露出する様にし、即
ち表面層に鉄族元素が存在しない様にし、且つ（ａ）表
面層のＷＣ粒子の平均粒径が内部の平均粒径よりも大き
い、（ｂ）表面硬度が内部の硬度よりも大きい、等の少
なくともいずれかの要件を満足する超硬合金を母材と
し、該母材の表面に硬質炭素膜を被覆するものである。
ら、例えば特開平７−１１３７５号に示される様な技術
も提案されている。この技術は、硬質炭素膜を被覆した
際に密着性が優れたものとなる様にする為に、表面層が
実質的にＷＣ粒子のみ、或は結合相形成成分としての鉄
族元素以外の成分とＷＣ粒子のみが露出する様にし、即
ち表面層に鉄族元素が存在しない様にし、且つ（ａ）表
面層のＷＣ粒子の平均粒径が内部の平均粒径よりも大き
い、（ｂ）表面硬度が内部の硬度よりも大きい、等の少
なくともいずれかの要件を満足する超硬合金を母材と
し、該母材の表面に硬質炭素膜を被覆するものである。
【０００７】しかしながら、こうした技術においても、
近年のプリント基板の高密度化や積層化の状況の下で
は、十分にその要求特性を満足しているとは言えず、孔
開け加工時にドリルが折損してしまうという欠点を有し
ている。こうした問題は、特にドリル刃径がφ０．５ｍ
ｍ以下の細径ドリルとして用いる場合に顕著になる。
近年のプリント基板の高密度化や積層化の状況の下で
は、十分にその要求特性を満足しているとは言えず、孔
開け加工時にドリルが折損してしまうという欠点を有し
ている。こうした問題は、特にドリル刃径がφ０．５ｍ
ｍ以下の細径ドリルとして用いる場合に顕著になる。
【０００８】本発明は、こうした状況の下でなされたも
のであって、その目的は、耐折損性に優れ且つ硬質炭素
膜を密着性良く被覆することのできるドリル用超硬合
金、および該超硬合金を用いたプリント基板穿孔用ドリ
ルを提供することにある。
のであって、その目的は、耐折損性に優れ且つ硬質炭素
膜を密着性良く被覆することのできるドリル用超硬合
金、および該超硬合金を用いたプリント基板穿孔用ドリ
ルを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成した本発
明のドリル用超硬合金とは、平均粒径が０．７μｍ以下
のＷＣを主成分とすると共に、Ｖ，Ｃｒ，ＴａおよびＭ
ｏよりなる群から選択される１種以上を０．１〜３．０
重量％含有し、表面層が実質的にＷＣのみ、或は結合相
形成成分としての鉄族金属以外の成分とＷＣ粒子のみか
らなり、且つ表面層のＷＣの平均粒径が内部のＷＣの平
均粒径よりも大きいＷＣ−鉄族金属系超硬合金におい
て、内部のヤング率が６００ＭＰａ以上である点に要旨
を有するものである。上記本発明の超硬合金は、鉄族金
属がＣｏであるものが代表的なものとして挙げられる。
明のドリル用超硬合金とは、平均粒径が０．７μｍ以下
のＷＣを主成分とすると共に、Ｖ，Ｃｒ，ＴａおよびＭ
ｏよりなる群から選択される１種以上を０．１〜３．０
重量％含有し、表面層が実質的にＷＣのみ、或は結合相
形成成分としての鉄族金属以外の成分とＷＣ粒子のみか
らなり、且つ表面層のＷＣの平均粒径が内部のＷＣの平
均粒径よりも大きいＷＣ−鉄族金属系超硬合金におい
て、内部のヤング率が６００ＭＰａ以上である点に要旨
を有するものである。上記本発明の超硬合金は、鉄族金
属がＣｏであるものが代表的なものとして挙げられる。
【００１０】本発明の超硬合金においては、結合相形成
成分としての鉄族金属に対する重量比が０．０１５〜
０．０３２のＶを含むものであることが好ましい。上記
した本発明の超硬合金を用い、この超硬合金に硬質炭素
膜を被覆して作成されたＰＣＢドリルであり、その刃径
が０．３０〜０．５０ｍｍであるときにその本発明の超
硬合金の効果が最大限に発揮される。
成分としての鉄族金属に対する重量比が０．０１５〜
０．０３２のＶを含むものであることが好ましい。上記
した本発明の超硬合金を用い、この超硬合金に硬質炭素
膜を被覆して作成されたＰＣＢドリルであり、その刃径
が０．３０〜０．５０ｍｍであるときにその本発明の超
硬合金の効果が最大限に発揮される。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明者らは、まずドリル刃径が
φ０．５ｍｍ以下の細径硬質炭素膜被覆ＰＣＢドリルで
孔開け加工をしたときの、ヒット数の増加に伴う切削抵
抗の変化を調査し、硬質炭素膜を被覆しないＰＣＢドリ
ルでの孔開け加工の場合と比較した。その結果を、模式
的に図１に示すが、この結果から次の様に考察できた。
φ０．５ｍｍ以下の細径硬質炭素膜被覆ＰＣＢドリルで
孔開け加工をしたときの、ヒット数の増加に伴う切削抵
抗の変化を調査し、硬質炭素膜を被覆しないＰＣＢドリ
ルでの孔開け加工の場合と比較した。その結果を、模式
的に図１に示すが、この結果から次の様に考察できた。
【００１２】硬質炭素膜を被覆しないＰＣＢドリルの場
合では、ヒット数の増加に従ってドリル刃先の摩耗が進
行するので、切削抵抗が急激に増加してヒット数が２０
００〜３０００程度で折損に至る。これに対して、硬質
炭素膜を被覆したＰＣＢドリルの場合には、被覆層によ
ってドリル刃先の鋭利さが失われるので、孔開け初期か
ら切削抵抗が高いが、孔開け個数が増加しても硬質炭素
膜の摩耗の進行が遅いので、切削抵抗は初期の値をヒッ
ト数が５０００〜６０００程度まで維持し、切削抵抗の
急激な増加が生じることなく突然折損する。
合では、ヒット数の増加に従ってドリル刃先の摩耗が進
行するので、切削抵抗が急激に増加してヒット数が２０
００〜３０００程度で折損に至る。これに対して、硬質
炭素膜を被覆したＰＣＢドリルの場合には、被覆層によ
ってドリル刃先の鋭利さが失われるので、孔開け初期か
ら切削抵抗が高いが、孔開け個数が増加しても硬質炭素
膜の摩耗の進行が遅いので、切削抵抗は初期の値をヒッ
ト数が５０００〜６０００程度まで維持し、切削抵抗の
急激な増加が生じることなく突然折損する。
【００１３】こうした結果に基づき本発明者らは、気相
合成法で表面に硬質炭素膜を形成した場合に、耐折損性
に優れ且つ硬質炭素膜との密着性にも優れた硬質炭素膜
被覆超硬合金および該合金の表面状態について検討し
た。
合成法で表面に硬質炭素膜を形成した場合に、耐折損性
に優れ且つ硬質炭素膜との密着性にも優れた硬質炭素膜
被覆超硬合金および該合金の表面状態について検討し
た。
【００１４】その結果、硬質炭素膜を被覆した場合に耐
折損性に優れたＰＣＢドリルを得るためには、平均粒径
が０．７μｍ以下のＷＣを主成分とすると共に、Ｖ，Ｃ
ｒ，ＴａおよびＭｏよりなる群から選択される１種以上
の元素を０．１〜３．０重量％含有する超硬合金の表面
を以下の様に改質したもので、一定値以上のヤング率を
持つものであれば、硬質炭素皮膜被覆後も耐折損性に優
れ、且つ硬質炭素膜との密着性にも優れた硬質炭素膜被
覆ＰＣＢドリルが得られるを見出した。
折損性に優れたＰＣＢドリルを得るためには、平均粒径
が０．７μｍ以下のＷＣを主成分とすると共に、Ｖ，Ｃ
ｒ，ＴａおよびＭｏよりなる群から選択される１種以上
の元素を０．１〜３．０重量％含有する超硬合金の表面
を以下の様に改質したもので、一定値以上のヤング率を
持つものであれば、硬質炭素皮膜被覆後も耐折損性に優
れ、且つ硬質炭素膜との密着性にも優れた硬質炭素膜被
覆ＰＣＢドリルが得られるを見出した。
【００１５】ここで改質された超硬合金の表面の状態と
は、（Ａ）表面層が実質的にＷＣのみ、或は結合相形成
成分としての鉄族金属以外の成分とＷＣ粒子のみからな
り、且つ（Ｂ）表面層のＷＣの平均粒径が内部のＷＣの
平均粒径よりも大きいこと、等である。
は、（Ａ）表面層が実質的にＷＣのみ、或は結合相形成
成分としての鉄族金属以外の成分とＷＣ粒子のみからな
り、且つ（Ｂ）表面層のＷＣの平均粒径が内部のＷＣの
平均粒径よりも大きいこと、等である。
【００１６】超硬合金の表面を上記の様に改質する為の
方法としては、超硬合金の最表面のみの温度を金属結合
相の液相出現温度以上に昇温する様な加熱処理方法が挙
げられ、例えば特開平７−１１３７６５号に記載されて
いる如く、水素雰囲気下での高周波加熱方法、雰囲気ガ
スプラズマ中での被爆処理、或は不活性ガス雰囲気下で
のＤＣパルス放電処理等がある。尚これらの表面改質方
法によれば、最表面の単位面積当たりに与えられるエネ
ルギーは、超硬合金の焼結時に与えられるエネルギーよ
りも大きいので、焼結時にＷＣ粒子の粒成長が生じない
様に処理した超硬合金であっても、最表層部のＷＣ粒子
のみを再結晶化させたり、粗粒化することができる。
方法としては、超硬合金の最表面のみの温度を金属結合
相の液相出現温度以上に昇温する様な加熱処理方法が挙
げられ、例えば特開平７−１１３７６５号に記載されて
いる如く、水素雰囲気下での高周波加熱方法、雰囲気ガ
スプラズマ中での被爆処理、或は不活性ガス雰囲気下で
のＤＣパルス放電処理等がある。尚これらの表面改質方
法によれば、最表面の単位面積当たりに与えられるエネ
ルギーは、超硬合金の焼結時に与えられるエネルギーよ
りも大きいので、焼結時にＷＣ粒子の粒成長が生じない
様に処理した超硬合金であっても、最表層部のＷＣ粒子
のみを再結晶化させたり、粗粒化することができる。
【００１７】本発明のドリル用超硬合金では、内部のヤ
ング率が６００ＭＰａ以上であるので、孔開け加工時の
ドリルのたわみが小さい。従って、改質により脆弱化し
た超硬合金母材表面での微小クラックが、ドリルそのも
のの折損の起点になるための大きさに成長する速度を抑
制する様に作用するので、その結果として耐折損性に優
れたＰＣＢドリル用超硬合金が得られるのである。
ング率が６００ＭＰａ以上であるので、孔開け加工時の
ドリルのたわみが小さい。従って、改質により脆弱化し
た超硬合金母材表面での微小クラックが、ドリルそのも
のの折損の起点になるための大きさに成長する速度を抑
制する様に作用するので、その結果として耐折損性に優
れたＰＣＢドリル用超硬合金が得られるのである。
【００１８】またＷＣ−Ｃｏ系超硬合金に、Ｖ，Ｃｒ，
Ｔａ、Ｍｏ等を炭化物の形態で所定量添加すると、原料
を合金化する際の焼結工程においてＷＣの粒成長を抑制
し、焼結後においては鉄族金属中に一部固溶し、残部は
炭化物相として析出することが知られている。本発明の
超硬合金においては、上記粒成長抑制元素のうち特にＶ
は、表面改質によって母材表面層中のＷＣ粒子間に生じ
る隙間を埋める様な形態で（Ｗ，Ｖ）Ｃとして析出し、
硬質炭素膜被覆時に超硬合金内部から超硬合金表面に鉄
族金属が拡散することを抑制する様に作用し、これによ
って硬質炭素膜被覆の密着性を良好に維持することがで
きる。
Ｔａ、Ｍｏ等を炭化物の形態で所定量添加すると、原料
を合金化する際の焼結工程においてＷＣの粒成長を抑制
し、焼結後においては鉄族金属中に一部固溶し、残部は
炭化物相として析出することが知られている。本発明の
超硬合金においては、上記粒成長抑制元素のうち特にＶ
は、表面改質によって母材表面層中のＷＣ粒子間に生じ
る隙間を埋める様な形態で（Ｗ，Ｖ）Ｃとして析出し、
硬質炭素膜被覆時に超硬合金内部から超硬合金表面に鉄
族金属が拡散することを抑制する様に作用し、これによ
って硬質炭素膜被覆の密着性を良好に維持することがで
きる。
【００１９】Ｖが上記の様な作用を発揮する理由につい
ては、その全てを解明し得た訳ではないが、おそらく次
の様に考えることができる。Ｖは他の粒成長抑制元素と
比べて鉄族金属相（例えば、Ｃｏ金属相）に対する固溶
量が少ないので、添加されたＶの殆どは結合相中に固溶
せず、（Ｗ，Ｖ）Ｃの形で析出することになる。しかも
（Ｗ，Ｖ）Ｃの析出形態は結合相の析出形態に似てい
る。従って、鉄族金属除去の為に表面を改質すると、
（Ｗ，Ｖ）ＣはＷＣ粒子間に生じる隙間を埋める様な形
態で析出することが可能となり、その後の工程でである
硬質炭素膜被覆時に超硬合金内部から超硬合金表間への
鉄族金属の拡散を抑制するバリヤーとなり得るものと考
えられる。
ては、その全てを解明し得た訳ではないが、おそらく次
の様に考えることができる。Ｖは他の粒成長抑制元素と
比べて鉄族金属相（例えば、Ｃｏ金属相）に対する固溶
量が少ないので、添加されたＶの殆どは結合相中に固溶
せず、（Ｗ，Ｖ）Ｃの形で析出することになる。しかも
（Ｗ，Ｖ）Ｃの析出形態は結合相の析出形態に似てい
る。従って、鉄族金属除去の為に表面を改質すると、
（Ｗ，Ｖ）ＣはＷＣ粒子間に生じる隙間を埋める様な形
態で析出することが可能となり、その後の工程でである
硬質炭素膜被覆時に超硬合金内部から超硬合金表間への
鉄族金属の拡散を抑制するバリヤーとなり得るものと考
えられる。
【００２０】次に、本発明でドリル用超硬合金における
各要件を限定した理由について説明する。まず本発明の
ドリル用超硬合金は、内部のヤング率が６００ＭＰａ以
上とする必要がある。このヤング率が６００ＭＰａ未満
であると、改質により脆弱化した超硬合金母材表面での
微小クラックがドリルそのものの折損の起点となるため
の大きさに成長する速度を抑制することができない。尚
このヤング率は、６１０ＭＰａ以上であることが好まし
い。
各要件を限定した理由について説明する。まず本発明の
ドリル用超硬合金は、内部のヤング率が６００ＭＰａ以
上とする必要がある。このヤング率が６００ＭＰａ未満
であると、改質により脆弱化した超硬合金母材表面での
微小クラックがドリルそのものの折損の起点となるため
の大きさに成長する速度を抑制することができない。尚
このヤング率は、６１０ＭＰａ以上であることが好まし
い。
【００２１】この超硬合金のヤング率は、主としてその
組成により決定される。本発明の様に、ＷＣの粒成長抑
制元素であるＶ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｍｏ等の含有量が０．１
〜３重量％である場合に、超硬合金のヤング率を６００
ＭＰａ以上にするためには、Ｃｏ含有量を７重量％以下
に調整すれば良い。上記粒成長抑制元素は、炭化物の形
態で添加されるのが一般的であるが、上記の如くこれら
は超硬合金中で炭化物の形態のまま、或は固溶体の形態
で存在することになる。尚粒成長抑制元素としては、
Ｖ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｍの他に、Ｚｒも知られているが、Ｚ
ｒを添加すると焼結性が悪くなって超硬合金の抗折力を
著しく低下させることがあるので、本発明でドリル用超
硬合金には採用できない。
組成により決定される。本発明の様に、ＷＣの粒成長抑
制元素であるＶ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｍｏ等の含有量が０．１
〜３重量％である場合に、超硬合金のヤング率を６００
ＭＰａ以上にするためには、Ｃｏ含有量を７重量％以下
に調整すれば良い。上記粒成長抑制元素は、炭化物の形
態で添加されるのが一般的であるが、上記の如くこれら
は超硬合金中で炭化物の形態のまま、或は固溶体の形態
で存在することになる。尚粒成長抑制元素としては、
Ｖ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｍの他に、Ｚｒも知られているが、Ｚ
ｒを添加すると焼結性が悪くなって超硬合金の抗折力を
著しく低下させることがあるので、本発明でドリル用超
硬合金には採用できない。
【００２２】本発明の超硬合金においては、鉄族金属に
対する重量比が０．０１５〜０．０３２のＶを含むもの
であることが好ましい。この重量比が０．０１５未満で
は、表面改質時に母材表面中のＷＣ間への（Ｗ，Ｖ）Ｃ
の析出が殆ど生じないため、硬質炭素膜被覆時に超硬合
金内部から超硬合金表面へ鉄族金属が拡散するのを抑制
する効果が少なくなる。一方、上記重量比が０．０３２
を超えると、表面改質時における母材最表面層のＷＣの
再結晶化による粒成長が顕著に抑制され、前記（Ｂ）の
基本的な構成が達成されない。
対する重量比が０．０１５〜０．０３２のＶを含むもの
であることが好ましい。この重量比が０．０１５未満で
は、表面改質時に母材表面中のＷＣ間への（Ｗ，Ｖ）Ｃ
の析出が殆ど生じないため、硬質炭素膜被覆時に超硬合
金内部から超硬合金表面へ鉄族金属が拡散するのを抑制
する効果が少なくなる。一方、上記重量比が０．０３２
を超えると、表面改質時における母材最表面層のＷＣの
再結晶化による粒成長が顕著に抑制され、前記（Ｂ）の
基本的な構成が達成されない。
【００２３】本発明では、超硬度合金の基本的な構成と
して内部のＷＣの平均粒径を０．７μｍ以下のものを使
用するが、この平均粒径が０．７μｍを超えると超硬合
金母材自体に所望の耐折損性が得られない。また本発明
の超硬度合金は、Ｖ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｍｏ等を０．１〜
３．０重量％含有するものであるが、これらの成分は前
述の如くＷＣの粒成長を抑制する作用を有し、その含有
量が０．１重量％未満ではその効果が発揮されない。ま
た３．０重量％を超えると、炭化物や固溶体が粗大化し
て靭性および強度の低下が生じる。
して内部のＷＣの平均粒径を０．７μｍ以下のものを使
用するが、この平均粒径が０．７μｍを超えると超硬合
金母材自体に所望の耐折損性が得られない。また本発明
の超硬度合金は、Ｖ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｍｏ等を０．１〜
３．０重量％含有するものであるが、これらの成分は前
述の如くＷＣの粒成長を抑制する作用を有し、その含有
量が０．１重量％未満ではその効果が発揮されない。ま
た３．０重量％を超えると、炭化物や固溶体が粗大化し
て靭性および強度の低下が生じる。
【００２４】上記の様な本発明の超硬度合金を用い、こ
の超硬合金に硬質炭素膜を被覆し、その刃径を０．３０
〜０．５０ｍｍとしたＰＣＢドリルでは、これまでのＰ
ＣＢドリルを凌駕する性能を発揮することができる。
の超硬合金に硬質炭素膜を被覆し、その刃径を０．３０
〜０．５０ｍｍとしたＰＣＢドリルでは、これまでのＰ
ＣＢドリルを凌駕する性能を発揮することができる。
【００２５】尚本発明に係る超硬度合金では、結合相形
成成分として、Ｃｏに限らずＮｉ等の鉄族金属をも含む
主旨であることは上述した通りであるが、Ｃｏの代わり
にＮｉを用いると超硬合金の抗折力を著しく低下させる
ことがあるので、Ｎｉを使用する場合には抗折力の低下
が顕著にならない範囲でＣｏの一部を置き換える様にす
ることが好ましい。
成成分として、Ｃｏに限らずＮｉ等の鉄族金属をも含む
主旨であることは上述した通りであるが、Ｃｏの代わり
にＮｉを用いると超硬合金の抗折力を著しく低下させる
ことがあるので、Ｎｉを使用する場合には抗折力の低下
が顕著にならない範囲でＣｏの一部を置き換える様にす
ることが好ましい。
【００２６】次に本発明の実施例を示すが、本発明はも
とより下記実施例によって制限を受けるものではなく、
前後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実
施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明
の技術的範囲に含まれる。
とより下記実施例によって制限を受けるものではなく、
前後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実
施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明
の技術的範囲に含まれる。
【００２７】
実施例１ 原料粉末として、平均粒径：０．４μｍまたは０．５μ
ｍのＷＣ，平均粒径：１．３μｍのＣｏ，平均粒径：
１．３μｍのＶＣ，平均粒径：１．０μｍのＣｒ 3 Ｃ
2 ，平均粒径：２．０μｍのＭｏ2 Ｃを用い、これら原
料粉末を下記表１のＡ〜Ｆの組成となる様に配合した。
ｍのＷＣ，平均粒径：１．３μｍのＣｏ，平均粒径：
１．３μｍのＶＣ，平均粒径：１．０μｍのＣｒ 3 Ｃ
2 ，平均粒径：２．０μｍのＭｏ2 Ｃを用い、これら原
料粉末を下記表１のＡ〜Ｆの組成となる様に配合した。
【００２８】配合した原料粉末を、アトライタを用いて
有機溶媒中で８時間混合し、パラフィンを加えた後乾燥
し、１００ＭＰａで圧粉成形し、脱ロウ・予備焼結し
た。この予備焼結品を、素材形状に切削加工し、１４０
０℃で１時間真空焼結した後、Ａｒ雰囲気下で１００Ｍ
Ｐａ、１３５０℃で１時間ＨＩＰ処理を実施してドリル
素材とした。得られたドリル素材の特性値を下記表２に
示す。
有機溶媒中で８時間混合し、パラフィンを加えた後乾燥
し、１００ＭＰａで圧粉成形し、脱ロウ・予備焼結し
た。この予備焼結品を、素材形状に切削加工し、１４０
０℃で１時間真空焼結した後、Ａｒ雰囲気下で１００Ｍ
Ｐａ、１３５０℃で１時間ＨＩＰ処理を実施してドリル
素材とした。得られたドリル素材の特性値を下記表２に
示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
【表２】
【００３１】表１のドリル素材Ａ〜Ｄを用いて、ＰＣＢ
ドリル母材Ａ〜Ｄ（刃径：０．４０ｍｍ）を作成した。
これらのＰＣＢドリル母材Ａ〜Ｄを、マイクロ波によっ
て水素ガスを励起した水素プラズマ雰囲気中で先端部の
みが表面温度１３００℃となる様に５分間処理し、引き
続き水素ガスに対して０．２容量％のメタンガスを添加
して水素／炭素混合プラズマとして更に２分間処理し
た。
ドリル母材Ａ〜Ｄ（刃径：０．４０ｍｍ）を作成した。
これらのＰＣＢドリル母材Ａ〜Ｄを、マイクロ波によっ
て水素ガスを励起した水素プラズマ雰囲気中で先端部の
みが表面温度１３００℃となる様に５分間処理し、引き
続き水素ガスに対して０．２容量％のメタンガスを添加
して水素／炭素混合プラズマとして更に２分間処理し
た。
【００３２】この様にして得られたＰＣＢドリル母材Ａ
〜Ｄを、夫々本発明例１，２および比較例１，２とす
る。処理後の表面層中のＷＣ粒子の平均粒径および表面
におけるＣｏの分布状況について、ＳＥＭ観察およびＥ
ＰＭＡ分析した。その結果を、下記表３に示す。
〜Ｄを、夫々本発明例１，２および比較例１，２とす
る。処理後の表面層中のＷＣ粒子の平均粒径および表面
におけるＣｏの分布状況について、ＳＥＭ観察およびＥ
ＰＭＡ分析した。その結果を、下記表３に示す。
【００３３】
【表３】
【００３４】次に、プラズマ処理した上記ＰＣＢドリル
母材Ａ〜Ｄを、ダイヤモンド砥粒（平均粒径：約０．３
μｍ）を分散させたエタノール懸濁液に浸漬して超音波
処理した後、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって励起
したメタン−水素混合ガスで７時間気相合成を行い、刃
先部分に硬質炭素膜を約８．５μｍコーティングし、４
種の硬質炭素皮膜被覆ＰＣＢドリルを得た。尚このとき
の合成条件は、母材温度：８００℃，メタン濃度：２．
５容量％とした。
母材Ａ〜Ｄを、ダイヤモンド砥粒（平均粒径：約０．３
μｍ）を分散させたエタノール懸濁液に浸漬して超音波
処理した後、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって励起
したメタン−水素混合ガスで７時間気相合成を行い、刃
先部分に硬質炭素膜を約８．５μｍコーティングし、４
種の硬質炭素皮膜被覆ＰＣＢドリルを得た。尚このとき
の合成条件は、母材温度：８００℃，メタン濃度：２．
５容量％とした。
【００３５】本発明例１，２および比較例 1，２の硬質
炭素皮膜被覆ＰＣＢドリルを用い、プリント基板の孔開
け加工試験を行った。このとき、被削材としては、厚
み：１．６ｍｍのガラスエポキシ樹脂基板を３枚重ねと
し、回転数：８００００ｒｐｍ、送り速度 ：２．８ｍ
／ｍｉｎの切削条件とした。
炭素皮膜被覆ＰＣＢドリルを用い、プリント基板の孔開
け加工試験を行った。このとき、被削材としては、厚
み：１．６ｍｍのガラスエポキシ樹脂基板を３枚重ねと
し、回転数：８００００ｒｐｍ、送り速度 ：２．８ｍ
／ｍｉｎの切削条件とした。
【００３６】その結果、４種類のＰＣＢドリルとも、加
工数３０００ヒットまでは皮膜の剥離とうの損傷は認め
られなかったが、比較例１および比較例２のものでは、
夫々約６５００ヒットおよび約５２００ヒットでドリル
が折損した。これに対して、本発明例１および２のもの
では、５００００ヒット後も皮膜の剥離はなく、加工し
た孔の形状も良好であった。これらの結果は、前記比較
例１および２のものでは、本発明例１，２のものに比べ
て超硬合金母材のヤング率が小さいので、孔開け加工時
のドリルのたわみが大きくなって、超硬合金母最表面の
微小クラックの成長が早いので、早期に折損に至るもの
と考えられた。
工数３０００ヒットまでは皮膜の剥離とうの損傷は認め
られなかったが、比較例１および比較例２のものでは、
夫々約６５００ヒットおよび約５２００ヒットでドリル
が折損した。これに対して、本発明例１および２のもの
では、５００００ヒット後も皮膜の剥離はなく、加工し
た孔の形状も良好であった。これらの結果は、前記比較
例１および２のものでは、本発明例１，２のものに比べ
て超硬合金母材のヤング率が小さいので、孔開け加工時
のドリルのたわみが大きくなって、超硬合金母最表面の
微小クラックの成長が早いので、早期に折損に至るもの
と考えられた。
【００３７】実施例２ 表１の素材Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆを用いて、前述の手順に従っ
てＰＣＢドリル母材Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆ（刃径：０．３５ｍ
ｍ）を作成した。これらのＰＣＢドリル母材Ａ，Ｂ，
Ｅ，Ｆを、マイクロ波によって水素ガスを励起したプラ
ズマ雰囲気中で先端部のみが表面温度１３００℃となる
様に５分間処理し、引き続き水素ガスに対して０．２容
量％のメタンガスを添加して水素／炭素混合プラズマと
して更に２分間処理した。
てＰＣＢドリル母材Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆ（刃径：０．３５ｍ
ｍ）を作成した。これらのＰＣＢドリル母材Ａ，Ｂ，
Ｅ，Ｆを、マイクロ波によって水素ガスを励起したプラ
ズマ雰囲気中で先端部のみが表面温度１３００℃となる
様に５分間処理し、引き続き水素ガスに対して０．２容
量％のメタンガスを添加して水素／炭素混合プラズマと
して更に２分間処理した。
【００３８】この様にして得られたＰＣＢドリル母材
Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆを、夫々本発明例３，４，５，６とす
る。処理後の最表面層中のＷＣ粒子の平均粒径および表
面におけるＣｏの分布状況について、ＳＥＭ観察および
ＥＰＭＡ分析した。その結果を、下記表４に示す。
Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆを、夫々本発明例３，４，５，６とす
る。処理後の最表面層中のＷＣ粒子の平均粒径および表
面におけるＣｏの分布状況について、ＳＥＭ観察および
ＥＰＭＡ分析した。その結果を、下記表４に示す。
【００３９】
【表４】
【００４０】次に、プラズマ処理した上記ＰＣＢドリル
母材Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆを、ダイヤモンド砥粒（平均粒径：
約０．３μｍ）を分散させたエタノール懸濁液に浸漬し
て超音波処理した後、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によ
って励起したメタン−水素混合ガスで７時間気相合成を
行い、刃先部分に硬質炭素膜を約７．５μｍコーティン
グし、４種の硬質炭素皮膜被覆ＰＣＢドリルを得た。尚
このときの合成条件は、母材温度：８００℃，メタン濃
度：２．０容量％とした。
母材Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆを、ダイヤモンド砥粒（平均粒径：
約０．３μｍ）を分散させたエタノール懸濁液に浸漬し
て超音波処理した後、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によ
って励起したメタン−水素混合ガスで７時間気相合成を
行い、刃先部分に硬質炭素膜を約７．５μｍコーティン
グし、４種の硬質炭素皮膜被覆ＰＣＢドリルを得た。尚
このときの合成条件は、母材温度：８００℃，メタン濃
度：２．０容量％とした。
【００４１】本発明例３〜６の硬質炭素皮膜被覆ＰＣＢ
ドリルを用い、プリント基板の孔開け加工試験を行っ
た。このとき、被削材としては、厚み：１．６ｍｍのガ
ラスエポキシ樹脂基板を２枚重ねとし、回転数：７５０
００ｒｐｍ、送り速度：２．４ｍ／ｍｉｎの切削条件と
した。
ドリルを用い、プリント基板の孔開け加工試験を行っ
た。このとき、被削材としては、厚み：１．６ｍｍのガ
ラスエポキシ樹脂基板を２枚重ねとし、回転数：７５０
００ｒｐｍ、送り速度：２．４ｍ／ｍｉｎの切削条件と
した。
【００４２】その結果、４種類のＰＣＢドリルとも、加
工数５０００ヒットまでは皮膜の剥離等の損傷は認めら
れなかったが、本発明例５および６のものでは、夫々約
３３０００ヒットおよび約２７０００ヒットで皮膜が剥
離したした。
工数５０００ヒットまでは皮膜の剥離等の損傷は認めら
れなかったが、本発明例５および６のものでは、夫々約
３３０００ヒットおよび約２７０００ヒットで皮膜が剥
離したした。
【００４３】本発明例５のものでは、ドリル素材中のＣ
ｏに対するＷＣ粒成長抑制元素の含有量が少ないので、
表面改質時に母材表面層のＷＣ間に（Ｗ，Ｖ）Ｃの析出
が少なく、硬質炭素皮膜被覆時の超硬合金内部から超硬
度合金表面へのＣｏの拡散を完全に抑制することができ
ないので、母材表面と膜との付着強度が弱く、膜の剥離
が生じ易くなるものと考えられる。また本発明例６のも
のでは、ドリル素材中のＣｏに対するＷＣ粒成長抑制元
素の含有量が０．０３６と多いので、表面改質時に母材
最表面のＷＣ再結晶化による粒成長が抑制され、最表面
層中の粒子間にＣｏの揮散による気孔が存在していたた
めに、母材最表面層の強度が低下し、母材最表面層から
の膜の剥離が生じたものと考えられる。これらに対し
て、ＷＣ粒成長抑制元素の含有量を適切にした本発明例
３および４のものでは、５００００ヒット後も皮膜の剥
離はなく、加工した穴の形状も良好であった。
ｏに対するＷＣ粒成長抑制元素の含有量が少ないので、
表面改質時に母材表面層のＷＣ間に（Ｗ，Ｖ）Ｃの析出
が少なく、硬質炭素皮膜被覆時の超硬合金内部から超硬
度合金表面へのＣｏの拡散を完全に抑制することができ
ないので、母材表面と膜との付着強度が弱く、膜の剥離
が生じ易くなるものと考えられる。また本発明例６のも
のでは、ドリル素材中のＣｏに対するＷＣ粒成長抑制元
素の含有量が０．０３６と多いので、表面改質時に母材
最表面のＷＣ再結晶化による粒成長が抑制され、最表面
層中の粒子間にＣｏの揮散による気孔が存在していたた
めに、母材最表面層の強度が低下し、母材最表面層から
の膜の剥離が生じたものと考えられる。これらに対し
て、ＷＣ粒成長抑制元素の含有量を適切にした本発明例
３および４のものでは、５００００ヒット後も皮膜の剥
離はなく、加工した穴の形状も良好であった。
【００４４】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
耐折損性に優れ且つ硬質炭素膜を密着性良く被覆するこ
とのできる硬質炭素膜被覆ＰＣＢドリル用超硬合金、お
よび該超硬合金を用いて耐折損性に優れた硬質炭素膜被
覆ＰＣＢドリルが得られ、その工業的価値は極めて大き
いものと期待される。
耐折損性に優れ且つ硬質炭素膜を密着性良く被覆するこ
とのできる硬質炭素膜被覆ＰＣＢドリル用超硬合金、お
よび該超硬合金を用いて耐折損性に優れた硬質炭素膜被
覆ＰＣＢドリルが得られ、その工業的価値は極めて大き
いものと期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】加工ヒット数の増加に伴う切削抵抗の変化がド
リルの折損に及ぼす影響を示すグラフである。
リルの折損に及ぼす影響を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 町田 正弘 兵庫県明石市魚住町金ヶ崎西大池179−１ 神鋼コベルコツール株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 平均粒径が０．７μｍ以下のＷＣを主成
分とすると共に、Ｖ，Ｃｒ，ＴａおよびＭｏよりなる群
から選択される１種以上を０．１〜３．０重量％含有
し、表面層が実質的にＷＣのみ、或は結合相形成成分と
しての鉄族金属以外の成分とＷＣ粒子のみからなり、且
つ表面層のＷＣの平均粒径が内部のＷＣの平均粒径より
も大きいＷＣ−鉄族金属系超硬合金において、内部のヤ
ング率が６００ＭＰａ以上であることを特徴とするドリ
ル用超硬合金。 - 【請求項２】 鉄族金属がＣｏである請求項１に記載の
超硬合金。 - 【請求項３】 鉄族金属に対する重量比が０．０１５〜
０．０３２のＶを含むものである請求項１または２に記
載の超硬合金。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の超硬合
金表面に硬質炭素膜が被覆されて作成されたプリント基
板穿孔用ドリルであり、その刃径が０．３０〜０．５０
ｍｍであるプリント基板穿孔用ドリル。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP8299085A JPH10138027A (ja) | 1996-11-11 | 1996-11-11 | ドリル用超硬合金および該合金を用いたプリント基板穿孔用ドリル |
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|---|---|---|---|
| JP8299085A JPH10138027A (ja) | 1996-11-11 | 1996-11-11 | ドリル用超硬合金および該合金を用いたプリント基板穿孔用ドリル |
Publications (1)
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ID=17867987
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