JP2001179515A

JP2001179515A - 高速穴あけ加工ですぐれた耐折損性を発揮する微粒組織加圧焼結体製ミニチュアドリル

Info

Publication number: JP2001179515A
Application number: JP36223999A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Yanai; 俊之谷内; Satoshi Takahashi; 高橋　　慧; Kazuki Okada; 一樹岡田; Atsushi Kishino; 淳岸野; Kazuhiro Akiyama; 和裕秋山
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2001-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】高速穴あけ加工ですぐれた耐折損性を発揮す
る微粒組織加圧焼結体製ミニチュアドリルを提供する。【解決手段】シャンク部と、先端面を切刃面とし、か
つ０．１〜１．６ｍｍの外径を有する溝形成部とからな
るミニチュアドリルを、Ｃｒ含有により細粒化された分
散相が走査型電子顕微鏡による組織観察に基づく平均値
で８５〜９８面積％を占め、残りが結合相と不可避不純
物からなる微粒組織を有する加圧焼結体で構成し、さら
に上記加圧焼結体を構成する分散相が、透過型電子顕微
鏡による組織観察で、炭化タングステンにＣｏとＣｒが
固溶含有し、かつその含有割合が分散相に占める平均値
で、Ｃｏ:０．１〜３重量％、Ｃｒ：０．１〜２重量％
であるＷとＣｏとＣｒの複合炭化物固溶体単一相からな
り、同じく上記の結合相が、同じく透過型電子顕微鏡に
よる組織観察で、Ｃｒを結合相に占める平均値で、１〜
８重量％含有するＣｏ基合金単一相からなること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高強度を有し、
特に高速穴あけ加工で、すぐれた耐折損性を発揮する微
粒組織加圧焼結体製ミニチュアドリル（以下、微粒組織
ミニチュアドリルと云う）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に、微粒組織ミニチュアドリ
ルとして、例えば図１（ａ）に概略拡大正面図で示され
る通り先端面を切刃面とし、かつ０．１〜１．６ｍｍの
外径を有する溝形成部と、シャンク部とからなり、さら
に前記溝形成部が図１（ｂ）に長さ方向中央部における
中心線に対して直角な方向の断面（直角断面）図で示さ
れる形状を有すると共に、Ｃｒ含有により望ましくは平
均粒径で０．８μｍ以下に細粒化された分散相が走査型
電子顕微鏡による組織観察に基づく平均値で８５〜９８
面積％を占め、残りが結合相と不可避不純物からなる微
粒組織の超硬合金で構成された加圧焼結体（ホットプレ
ス焼結体または熱間静水圧プレス焼結体を云う）からな
り、さらに前記加圧焼結体を構成する分散相が、透過型
電子顕微鏡による組織観察で、実質的に炭化タングステ
ン（以下、ＷＣで示す）の単一相からなり、同じく上記
の結合相が、同じく透過型電子顕微鏡による組織観察
で、ＷＣ細粒化の目的でＣｒを結合相に占める平均値
で、１〜８重量％含有したＣｏ基合金単一相（焼結時に
Ｃｒの他に微量のＷとＣ成分が固溶する）からなる微粒
組織ミニチュアドリルが知られている。

【０００３】また、上記の微粒組織ミニチュアドリル
が、原料粉末として、いずれも０．１〜３μｍの範囲内
の所定の平均粒径を有するＷＣ粉末、Ｃｒ₃Ｃ₂粉末、お
よびＣｏ粉末を用い、これら原料粉末を所定の配合組成
に配合し、湿式混合し、乾燥した後、押出しプレスにて
所定の直径の長尺状成形体とし、この長尺状成形体を、
１０^-1Ｔｏｒｒ以上の真空度の真空雰囲気中、５〜１０
℃／分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所
定の温度に昇温し、この昇温温度に１〜２時間保持後、
炉冷の条件で焼結し、引き続いて通常の条件、例えばＡ
ｒ雰囲気中、温度：１３５０℃、圧力：９０ＭＰａ、保
持時間：１時間の条件で熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処
理を施すことにより、所定の直径を有する超硬合金で構
成された長尺状の加圧焼結体を形成し、この加圧焼結体
から図１に示される形状に研削加工することにより製造
されることも知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年の穴あけ加
工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に対する
要求は強く、これに伴い、ボール盤などの高性能化と相
俟って、穴あけ加工は、例えば半導体装置のプリント基
板などの多層積層板であれば、これを複数枚積み重ねた
状態で、かつ高速で行われる傾向にあるが、上記の従来
微粒組織ミニチュアドリルにおいては、これが十分な強
度（靭性）を具備するものでなく、一方ミニチュアドリ
ルの場合、その穴あけ加工形態から、穴あけ加工速度が
速く、かつ穴あけ加工抵抗が大きくなればなるほど、そ
の外径が０．２〜２ｍｍと細径であることと相俟って、
「ねじれ」や「たわみ」が大きくなるものであり、した
がってこれを前記のようなきわめて苛酷な穴あけ加工条
件で用いると、ミニチュアドリル自体に発生する大きな
「ねじれ」や「たわみ」によって折損が発生し易い状態
となり、この結果比較的短時間で使用寿命に至るのが現
状である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
上述のような観点から、特に高速穴あけ加工でミニチュ
アドリル自体に発生する大きな「ねじれ」や「たわみ」
に十分に耐えることのできる高強度を有する微粒組織ミ
ニチュアドリルを開発すべく研究を行った結果、（ａ）まず、１次原料粉末として、いずれも望ましくは
１μｍ以下の平均粒径を有する金属タングステン（以
下、Ｗで示す）粉末、酸化コバルト（以下、Ｃｏ ₂Ｏ₅で
示す）粉末、酸化クロム(以下、Ｃｒ₂Ｏ₃で示す)粉末、
および黒鉛(以下、Ｃで示す)粉末を用意し、これら原料
粉末を所定の割合に配合し、ボールミル中でアセトンを
加えて湿式混合し、乾燥した後、所定の圧力で圧粉体に
プレス成形し、この圧粉体に、水素含有雰囲気中、１３
００〜１５００℃の温度に加熱保持の条件で共還元処理
（前記原料粉末のＣ粉末による還元炭化処理）を施す
と、ＷＣに所定割合のＣｏとＣｒが固溶含有してなるＷ
とＣｏとＣｒの複合炭化物固溶体［以下、（Ｗ，Ｃｏ，
Ｃｒ）Ｃで示す］粉末を製造することができること。

【０００６】（ｂ）上記の従来微粒組織ミニチュアドリ
ルの製造に際して原料粉末として用いていたＷＣ粉末に
代って、上記（ａ）で製造した（Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒ）Ｃ粉
末を、これに固溶含有するＣｏとＣｒの含有量を、焼結
後にＣｏ：０．１〜３重量％およびＣｒ：０．１〜２重
量％となるように調整した上で、２次原料粉末として用
い、これ以外は、上記の従来微粒組織ミニチュアドリル
を構成する加圧焼結体の製造条件と同一の条件で加圧焼
結体を製造すると、Ｃｒ含有により望ましくは平均粒径
で０．８μｍ以下に細粒化された分散相が走査型電子顕
微鏡による組織観察に基づく平均値（任意複数個所、望
ましくは任意５ヶ所以上の測定結果の平均値、以下に示
す平均値も同じ）で８５〜９８面積％を占め、残りが結
合相と不可避不純物からなる微細組織を有し、さらに上
記分散相が、透過型電子顕微鏡による組織観察で、分散
相に占める平均値で、Ｃｏ:０．１〜３重量％、Ｃｒ：
０．１〜２重量％を含有する（Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒ）Ｃ単一
相からなり、同じく上記の結合相が、同じく透過型電子
顕微鏡による組織観察で、Ｃｒを結合相に占める平均値
で、１〜８重量％含有するＣｏ基合金単一相（上記の従
来微粒組織ミニチュアドリルと同様に焼結時にＣｒの他
に微量のＷとＣ成分が固溶する）からなる加圧焼結体が
得られること。

【０００７】（ｃ）上記（ｂ）の加圧焼結体は、特にこ
れの分散相を構成する（Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒ）Ｃ単一相が、
上記の従来微粒組織ミニチュアドリルを構成する超硬合
金の分散相であるＷＣ相と同等の硬さを保持したまま
で、これより一段と強靭性に富み、かつ結合相に対する
密着性にもすぐれている（これは分散相と結合相の構成
成分が相互に同一、すなわち両相ともＷ、Ｃｏ、Ｃｒ、
およびＣで構成されていることにあると解される）こと
から、きわめて高い強度をもつようになり、したがって
この微粒組織の加圧焼結体で構成されたミニチュアドリ
ルは、特に高強度が要求される高速穴あけ加工でも折損
の発生なく、すぐれた性能を長期に亘って発揮するこ
と。以上（ａ）〜（ｃ）に示される研究結果を得たのであ
る。

【０００８】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、シャンク部と、先端面を切刃面と
し、かつ０．１〜１．６ｍｍの外径を有する溝形成部と
からなるミニチュアドリルを、Ｃｒ含有により望ましく
は平均粒径で０．８μｍ以下に細粒化された分散相が走
査型電子顕微鏡による組織観察に基づく平均値で８５〜
９８面積％を占め、残りが結合相と不可避不純物からな
る微粒組織を有する加圧焼結体で構成し、さらに上記加
圧焼結体を構成する分散相が、透過型電子顕微鏡による
組織観察で、ＷＣにＣｏとＣｒが固溶含有し、かつその
含有割合が分散相に占める平均値で、Ｃｏ:０．１〜３
重量％、Ｃｒ：０．１〜２重量％である（Ｗ，Ｃｏ，Ｃ
ｒ）Ｃ単一相からなり、同じく上記の結合相が、同じく
透過型電子顕微鏡による組織観察で、Ｃｒを結合相に占
める平均値で、１〜８重量％含有するＣｏ基合金単一相
（微量のＷおよびＣを固溶含有する）からなる、高速穴
あけ加工ですぐれた耐折損性を発揮する微粒組織ミニチ
ュアドリルに特徴を有するものである。

【０００９】以下に、この発明の微粒組織ミニチュアド
リルにおいて、これを構成する加圧焼結体の成分組成を
上記の通りに限定した理由を説明する。（１）加圧焼結体の分散相の割合その割合が平均値で８５面積％未満では、相対的に軟質
の結合相の割合が多くなり過ぎて、先端面切刃面の摩耗
進行が速まるようになり、一方その割合が同９８面積％
を越えると、靭性不足をきたし、折損が発生し易くなる
ことから、その割合を平均値で８５〜９８面積％、望ま
しくは８６〜９３面積％と定めた。

【００１０】（２）分散相におけるＣｏおよびＣｒ成
分の含有割合分散相に固溶含有するＣｏ成分には、分散相の強度（靭
性）を向上させると共に、両相相互間に共通して含有す
るＣｒ、Ｗ、およびＣ成分との共存において、Ｃｏ基合
金の結合相との密着性を向上させる作用があるが、その
含有割合が平均値で０．１重量％未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方その含有割合が同３重量％を
越えると、分散相の硬さが低下し、摩耗進行を早める原
因となることから、その含有割合を平均値で０．１〜３
重量％、望ましくは０．５〜２重量％と定めた。また、
同じく分散相に固溶含有するＣｒ成分には、分散相の硬
さを上記の従来微粒組織ミニチュアドリルを構成する超
硬合金の分散相であるＷＣ相と同等の硬さに保持するほ
か、Ｃｏ基合金の結合相中に固溶含有するＣｒ成分のも
つ分散相微細化作用を促進させる作用をもつが、その含
有割合が平均値で０．１重量％未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方その含有割合が同２重量％を越
えると、分散相中に微細な炭化クロムとして析出し、こ
れが分散相自体の強度低下の原因となることから、その
含有割合を平均値で０．１〜２重量％、望ましくは０．
５〜１重量％と定めた。

【００１１】（３）結合相におけるＣｒ成分の含有割
合結合相に固溶含有するＣｒ成分には、上記の通り分散相
中に固溶含有するＣｒ成分との共存において、分散相を
望ましくは平均粒径で０．８μｍ以下微細化し、もって
上記分散相の強度向上と相俟って加圧焼結体の強度を一
段と向上させる作用があるが、その含有割合が平均値で
１重量％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一
方その含有割合が同８重量％を越えると、結合相中に微
細な炭化クロムなどとして析出し、結合相のもつ靭性が
損なわれるようになることから、その含有割合を平均値
で１〜８重量％、望ましくは２〜６重量％と定めた。

【００１２】

【発明の実施の態様】つぎに、この発明の微粒組織ミニ
チュアドリルを実施例により具体的に説明する。原料粉
末として、平均粒径：０．５μｍを有するＷ粉末、同
０．６μｍのＣｏ ₂Ｏ₅粉末、同０．６μｍのＣｒ₂Ｏ₃粉
末、および同０．４μｍのＣ粉末を用意し、まずこれら
原料粉末のうちのＣｏ₂Ｏ₅粉末、Ｃｒ₂Ｏ₃Ｃ粉末、およ
びＣ粉末を所定の割合に配合し、湿式ボールミルでアセ
トンを加えて３時間混合し、減圧乾燥した後、よくほぐ
した状態でこれに所定割合のＷ粉末を配合して、ボール
ミルでさらに１時間乾式混合し、カーボンボートに充て
んした後、水素雰囲気中、１３００〜１５００℃の範囲
内の所定の温度に２０分保持の条件で還元炭化処理を施
し、還元炭化処理後粒度調整を行うことにより、それぞ
れ表１に示されるＣｏおよびＣｒ含有量にして、平均粒
径を有する本発明微粒組織ミニチュアドリルを構成する
加圧焼結体の分散相形成用（Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒ）Ｃ粉末
（以下、本発明分散相用原料粉末と云う）Ａ〜Ｌをそれ
ぞれ製造した。

【００１３】ついで、上記の本発明分散相用原料粉末Ａ
〜Ｌのそれぞれに、平均粒径：１．２μｍのＣｏ粉末、
または前記Ｃｏ粉末と平均粒径：２．３μｍを有するＣ
ｒ₃Ｃ₂粉末を表２に示される割合に配合し、ボールミル
で７２時間湿式混合し、減圧乾燥し、さらにワックスと
溶剤を加えて１時間混和した後、押出しプレスにて直
径：４．４ｍｍの長尺状成形体とし、これらの長尺状成
形体を、１０^-3Ｔｏｒｒの真空雰囲気中、７℃／分の昇
温速度で１３８０〜１４８０℃の範囲内の所定の温度に
昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結
し、引き続いてＡｒ雰囲気中、温度：１３５０℃、圧
力：６ＭＰａ、保持時間：１時間の条件でＨＩＰ処理を
施すことにより、いずれも直径が３．５ｍｍの長尺状の
加圧焼結体とし、さらにこれらの加圧焼結体から研削加
工にて溝形成部の外径がそれぞれ表２に示される寸法
（この場合いずれもシャンク部の外径は３．２ｍｍ、全
長は３８ｍｍ）を有し、かついずれも図１に示される形
状をもった本発明微粒組織ミニチュアドリル（以下、本
発明ミニチュアドリルと云う）１〜１２それぞれを製造
した。

【００１４】また、比較の目的で、原料粉末として、上
記のＣｏ粉末およびＣｒ₃Ｃ₂粉末、さらに平均粒径：
０．８μｍのＷＣ粉末を用い、これら原料粉末を表３に
示される配合組成に配合する以外は、上記の本発明ミニ
チュアドリル１〜１２の製造条件と同一の条件で、混合
混和し、長尺状成形体を成形し、真空燒結し、さらにＨ
ＩＰ処理を施して加圧焼結体とし、これに研削加工を施
して同じく表３に示される溝形成部外径に仕上げること
により従来微粒組織ミニチュアドリル（以下、従来ミニ
チュアドリルと云う）１〜８それぞれを製造した。

【００１５】この結果得られた本発明ミニチュアドリル
１〜１２よび従来ミニチュアドリル１〜８について、こ
れの任意断面を走査型電子顕微鏡および透過型電子顕微
鏡を用いて組織観察し、分散相の平均粒径を測定すると
共に、分散相の全体割合、Ｃｏ含有量、およびＣｒ含有
量、さらに結合相のＣｒ含有量をそれぞれ任意５ヶ所に
ついて測定し、この測定結果をそれぞれ表２、３に平均
値で示した。なお、表２、３の分散相および結合相のＣ
ｏ平均含有量およびＣｒ平均含有量はそれぞれ分散相お
よび結合相に占める割合を示すものである。

【００１６】つぎに、上記の各種のミニチュアドリルに
ついて、ガラス層とエポキシ樹脂層の交互６層積層板か
らなる厚さ：１．６ｍｍのプリント基板を４枚重ねたも
のに表４に示される条件および試験本数：２０本にて高
速穴あけ加工試験を行い、ミニチュアドリルの溝形成部
外径寸法に５％の摩耗が生じるまでの穴あけ加工数を測
定すると共に、使用寿命原因を観察した。これらの測定
結果を表４にそれぞれ平均値で示した。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】

【表３】

【００２０】

【表４】

【００２１】

【発明の効果】表２〜４に示される結果から、本発明ミ
ニチュアドリル１〜１２は、いずれもこれを構成する加
圧焼結体の分散相が従来ミニチュアドリルを構成する超
硬合金の分散相であるＷＣ相と同等の硬さを保持したま
まで、これより一段と強靭性に富み、かつ結合相に対す
る密着性にもすぐれている（Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒ）Ｃ単一相
からなることによって高強度を具備するようになるの
で、高速穴あけ加工にもかかわらず、折損の発生がな
く、すぐれた性能を長期に亘って発揮するのに対して、
加圧焼結体の分散相がＷＣ単一相からなる従来ミニチュ
アドリル１〜８においては、いずれも強度不足が原因
で、大きな「ねじれ」や「たわみ」が生じ、かつ高抵抗
も加わる高速穴あけ加工では折損が発生し易く、比較的
短時間で使用寿命に至ることが明らかである。上述のよ
うに、この発明の微粒組織ミニチュアドリルは、自体の
「たわみ」や「ねじれ」が大きく、高抵抗も加わる高速
穴あけ加工ですぐれた性能を長期に亘って発揮するもの
であるから、穴あけ加工の省力化および省エネ化、さら
に低コスト化に十分満足に対応することができるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は微粒組織ミニチュアドリルを例示する
概略拡大正面図、（ｂ）は溝形成部の長さ方向中央部に
おける中心線に対して直角な方向の断面（直角断面）図
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡田一樹茨城県結城郡石下町大字古間木1511番地三菱マテリアル株式会社筑波製作所内 (72)発明者岸野淳茨城県結城郡石下町大字古間木1511番地三菱マテリアル株式会社筑波製作所内 (72)発明者秋山和裕埼玉県大宮市北袋町１−297 三菱マテリアル株式会社総合研究所内Ｆターム(参考） 3C037 AA02 AA09 FF06 FF11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シャンク部と、先端面を切刃面とし、か
つ０．１〜１．６ｍｍの外径を有する溝形成部とからな
るミニチュアドリルを、Ｃｒ含有により細粒化された分
散相が走査型電子顕微鏡による組織観察に基づく平均値
で８５〜９８面積％を占め、残りが結合相と不可避不純
物からなる微粒組織を有する加圧焼結体で構成し、さらに上記加圧焼結体を構成する分散相が、透過型電子
顕微鏡による組織観察で、炭化タングステンにＣｏとＣ
ｒが固溶含有し、かつその含有割合が分散相に占める平
均値で、Ｃｏ:０．１〜３重量％、Ｃｒ：０．１〜２重
量％であるＷとＣｏとＣｒの複合炭化物固溶体単一相か
らなり、同じく上記の結合相が、同じく透過型電子顕微鏡による
組織観察で、Ｃｒを結合相に占める平均値で、１〜８重
量％含有するＣｏ基合金単一相からなること、を特徴と
する高速穴あけ加工ですぐれた耐折損性を発揮する微粒
組織加圧焼結体製ミニチュアドリル。