JPS61152308A - 硬質焼結体小径ドリル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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円柱体を超硬
合金などよりなるシャンクに埋め込み、該円柱体の硬質
頭部とその支持部に刃付は及び刃溝加工を行ってドリル
とした硬質焼結体小径ドリルに関する。

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、例えば超硬合金からなる支持部とを具備する
小径の複合焼結材料円柱体を超硬合金などよりなるシャ
ンクの一端に形成した孔に押し込み、ロウ付けなどの方
法により固着した後、複合焼結材料円柱体部に先端刃付
加工と刃溝加工を行ってドリルとした硬質焼結体小径ド
リルに関する。

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ＩＩＩ］ＩＩ１前後の超硬
合金製ドリルが使われている。

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、一般にガラエボ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ヒツト（ヒツトとは穴
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が、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
少させたいという要求が強い。

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６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、この焼結ダイヤモンド工
具は焼結ダイヤモンド層１１が超硬合金の支持部１２に
貼り合わされた複合焼結体１３をチップとして保持する
。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。

ところがこの複合焼結体１３から作られるドリルチップ
の径は一般にｌ　ｍｍ程度であり、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、通常の銀ロウ付は
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。

これを解決する手段として第３図（ａ）および（ｂ）に
示すような頭部に焼結ダイヤモンド層２１を有し、該焼
結ダイヤモンド層２１とほぼ同一径の円柱形支持部２２
を有する複合焼結材料円柱体２３を作成し、第４図（ａ
）に示すごとくシャンク２５の一端に埋め込み、埋め込
んだ複合焼結材料円柱体２３に刃付は及び刃溝加工を行
うことが考案された。この際のシャンク本体２５は加工
の容易性、錆対策などよりステンレス鋼が使用されてい
た。

しかしながら、ステンレス鋼製のシャンクを使用すると
、熱伝導率が低いため、穴あけ時の刃先の切削熱がシャ
ンクを通じて放散されず、刃先の温度が上昇して穴壁の
品質に悪影響を与えたり、高速回転の使用では刃先の寿
命が低下する。更に、ドリル加工時にシャンク部分をチ
ャフキングするとき、ステンレス鋼では硬度が低く傷が
つくなどの問題があった。

発明の解決すべき問題点 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、硬質な頭部を有する小径の複合焼結
材料円柱体を利用した耐摩耗性の優れたドリルで、なお
かつ熱伝導率及び硬度の高いシャンク材を使用すること
によって切削熱の放散性を改善して高品質の穴あけを長
期間行うことができる硬質焼結体小径ドリルを提供する
ことにある。

問題点を解決するための手段 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％以上含有し、断面が円形をなす硬質焼結部
と、該硬質焼結部とほぼ同一径の円柱形をなし、その一
端部で該硬質焼結体部と接合している支持部とを具備す
る複合焼結材料□円柱体の支持部をシャンクの一端に形
成された複合焼結材料円柱体とほぼ同一径の孔に押し込
み、固定゛した後、複合焼結材料円柱体部に真直又はね
ぢれ溝と先端刃付けを行って得られる硬質焼結体小径ド
リルにおいて、シャンクが熱伝導率０．１ｃａｌ　７ｃ
ｍ　”　ｓｅｃ、・℃以上の熱伝導率を有する材料から
なることを特徴とする硬質焼結体小径ドリルが提供され
る。

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７
０％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、７
０％以上のダイヤモンドとＷＣ−５〜１５％Ｃｏとの焼
結体がある。ダイヤモンド粉末単独で硬質焼結部を製造
するときは、ダイヤモンド粉末を超硬合金等の支持部上
に配置してホットプレスを行い、ホットプレス中に支持
部より結合材をダイヤモンド粉末中に溶浸せしめるとよ
い。

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結合材を必要とせず、それ自体で
も硬質焼結部の焼結が達成される。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。

複合焼結材料円柱体の支持部は、いわゆる超硬合金、す
なわち、周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族元素の炭化物、
窒化物、炭窒化物、硼化物、珪化物又はこれらの相互固
溶体炭化物をＦｅ、　ＣｏまたはＮ１の鉄族金属で結合
した焼結合金またはサーメットである。サーメットの１
例としては、（Ｍｏ、　Ｗ）　Ｃの炭化物をＮ１または
Ｃｏの鉄族金属で結合したものがある。

更に別の支持部材料としては、Ｗを８０〜９８重量％含
み、残余がＮｉ−ＦｅまたはＮｉ　−Ｆｅ−Ｃｕからな
るいわゆるヘビー・メタルといわれる焼結合金がある。

更に、本発明の１つの態様に従うと、第３図（ｂ）に示
す如く、複合焼結材料円柱体の硬質焼結部２１と支持部
２２とは、厚さ０．５ｍｍ以下の中間接合層２４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ＡＩ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。

更に、本発明の１つの態様に従うと、支持部が軸方向に
２以上の材料層から構成されてもよい。

このような１例として、第２の材料層の支持側の層がＷ
Ｃ−Ｃｏ焼結合金であり、硬質な頭部側の層が（Ｍｏ、
Ｗ）Ｃの炭化物をＮｉまたはＣＯの鉄族金属で結合した
サーメットからなるものがある。

シャンク材料は熱伝導率０．１ｃａｌ　７ｃｍ−ｓｅｃ
、　・’ｔ：以上で、硬度ＨＲｃ２５以上のものが望ま
しい。熱伝導率がＯ，１ｃａｌ　／　ｃｍ−ｓｅｃ、・
を以上の金属材料としては超硬合金、Ｗ合金、Ｍｏ合金
、銅等があるが、これらのうち硬度がＨＲｃ２５以上の
ものは超硬合金、Ｗ合金、Ｍｏ合金である。

超硬合金としてはＷＥ’−Ｃｏ合金でＣｏが５〜１５％
のものが好ましい。又、Ｗ合金としてはＷを８０〜９８
重量％含み、残余がＮｉ−ＦｅまたはＮｉ　−Ｐｅ−Ｃ
ｕからなるいわゆるヘビーメタルといわれる焼結合金が
好ましく、Ｍｏ合金としてはＭｏを６０〜９０重量％含
み、残部が銅系合金であるものが好ましい。

１１男 シャンク材として熱伝導率が０．Ｏ１〜０．２の範囲の
ステンレス鋼、高速度鋼、ＷＣ−６％Ｃｏ、　ＷＣ−１
５％ＴｉＣ−６％Ｃｏを用意した。

他方、硬質焼結部がダイヤモンド粉末８５％と残部がＷ
Ｃ−１５％Ｃｏからなり、支持部がＷＣ−１２％Ｃ。

からなり、直径０．７ｍｍ、長さ１５ｍｍの複合焼結材
料円柱体を第４図（ａ）　に示す如く上記シャンクの端
部の孔に押し込み、ロウ付げにより固定した後、刃先お
よび刃溝加工して第４図（ｂ）　に示す形状の小径ドリ
ルを作成した。

これらの小径ドリルを用いてプリント基板の穴あけテス
トを行った後穴内面の評価を行ったところ、熱伝導率０
．１以下のステンレス鋼、高速度鋼のシャンクを用いた
小径ドリルでは穴壁面の粗れが観察され、焼き付きの発
生が多かった。更に、ステンレス鋼のシャンクでは刃先
および刃溝加工の際に工具で把持されて外表面に疵が付
いていた。

他方、肛−６％ＣｏまたはＷＣ−１５％ＴｉＣ−６％Ｃ
ｏのシャンク・を用いた小径ドリルでは穴壁面は美麗に
切削され、焼き付きの発生もなく、シャンクの外表面に
疵も付いていなかった。

発明の効果 以上詳述の如（本発明は、ダイヤモンドまたは高圧相窒
化硼素を含有する硬質焼結部と、この硬質焼結部の一端
部で接合している支持部とを具備する複合焼結材料円柱
体の支持部をシャンクに固定し、複合焼結材料円柱体部
に真直又はねぢれ溝と先端刃付けを行って得られる硬質
焼結体小径ドリルにおいて、熱伝導率が０１ｌｃａｌ　
７ｃｍ−ｓｅｃ、−を以上であり、好ましくは硬度がＨ
Ｒｃ２５以上である材料でシャンクを構成したことを特
徴とする。

このような特性を有する材質のシャンクを使用すること
により、穴あけ時の刃先の切削熱がシャンクを通じて伝
導、放散されて、刃先の温度の上昇が防止され、良好な
品質の穴壁の穴明けが可・能となり、高速回転での使用
を行っても刃先の寿命が低下しない。更に、硬度の高い
材質のシャンクを用いることによりドリル加工時にシャ
ンク部分をチャッキングしてもシャンク表面に傷がつき
難く、商品価値の高い硬質焼結体小径ドリルを提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼結ダイヤモンド層と超硬合金の支持部からな
る複合焼結体の斜視図である。 第２図は第１図に示す複合焼結体をシャンクに接合した
状態を示す。 第３図（ａ）および（ｂ）は本発明の硬質焼結体小径ド
リルを作製するのに用いる複合焼結材料円柱体を示す。 第４図（ａ）は、第３図に示す複合焼結材料円柱体をシ
ャンクに固定した状態を示し、第４図（ｂ）はこれを刃
付けおよび刃溝加工して得られた硬質焼結体小径ドリル
を示す。 （主な参照番号） １１、２１・・・焼結ダイヤモンド層、１２．２２・・
・超硬合金の支持部、 １３．２３・・・複合焼結体、 １５．２５・・・シャンク、１６・・・接合部、。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ダイヤモンド粒子または高圧相窒化硼素粒子のい
   ずれか一方または双方を５０％以上含有し、断面が円形
   をなす硬質焼結部と、該硬質焼結部とほぼ同一径の円柱
   形をなし、その一端部で該硬質焼結体部と接合している
   支持部とを具備する複合焼結材料円柱体の支持部をシャ
   ンクの一端に形成された複合焼結材料円柱体とほぼ同一
   径の孔に押し込み、固定した後、複合焼結材料円柱体部
   に真直又はねぢれ溝と先端刃付けを行って得られる硬質
   焼結体小径ドリルにおいて、シャンクが熱伝導率０．１
   ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ．・℃以上の熱伝導率を有する材
   料からなることを特徴とする硬質焼結体小径ドリル。
2. （２）前記シャンクの硬度がＨＲｃ２５以上であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の硬質焼結体小
   径ドリル。
3. （３）前記シャンクが超硬合金であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の硬質焼結体小
   径ドリル。
4. （４）前記シャンクはＷを８０〜９８重量％含み、残部
   がＮｉ−ＦｅまたはＮｉ−Ｆｅ−Ｃｕからなる合金であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の硬質焼結体小径ドリル。
5. （５）前記シャンクがＭｏを６０〜９０重量％含み、残
   部がＣｕ系合金であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の硬質焼結体小径ドリル。