JP2003080412A - 高速穴あけ加工で先端切刃面がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製ミニチュアドリル - Google Patents
高速穴あけ加工で先端切刃面がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製ミニチュアドリルInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高速穴あけ加工で先端切刃面がすぐれた耐チ
ッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製ミニチュアド
リルを提供する。 【解決手段】 溝形成部とシャンク部からなり、少なく
とも前記溝形成部が、いずれも結合相形成成分として、
質量％で、Ｃｏ：４〜１３％、Ｃｒ：０．１〜０．７
％、Ｖ ：０．１〜０．５％、を含有し、残りが硬質相
形成成分としての炭化タングステンと不可避不純物から
なる組成を有する超硬合金で構成された基体の表面に、
ＴｉとＡｌの複合窒化物層からなる硬質被覆層を０．５
〜１０μｍの平均層厚で物理蒸着してなる表面被覆超硬
合金製ミニチュアドリルにおいて、前記溝形成部を、長
さ方向にそって本体部、中間部、および先端切刃面部に
区分すると共に、前記本体部の超硬合金基体のＣｏ含有
量：１０〜１３％、上記中間部の超硬合金基体のＣｏ含
有量：７〜９％、上記先端切刃面部の超硬合金基体のＣ
ｏ含有量：４〜６％、としてなる。
ッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製ミニチュアド
リルを提供する。 【解決手段】 溝形成部とシャンク部からなり、少なく
とも前記溝形成部が、いずれも結合相形成成分として、
質量％で、Ｃｏ：４〜１３％、Ｃｒ：０．１〜０．７
％、Ｖ ：０．１〜０．５％、を含有し、残りが硬質相
形成成分としての炭化タングステンと不可避不純物から
なる組成を有する超硬合金で構成された基体の表面に、
ＴｉとＡｌの複合窒化物層からなる硬質被覆層を０．５
〜１０μｍの平均層厚で物理蒸着してなる表面被覆超硬
合金製ミニチュアドリルにおいて、前記溝形成部を、長
さ方向にそって本体部、中間部、および先端切刃面部に
区分すると共に、前記本体部の超硬合金基体のＣｏ含有
量：１０〜１３％、上記中間部の超硬合金基体のＣｏ含
有量：７〜９％、上記先端切刃面部の超硬合金基体のＣ
ｏ含有量：４〜６％、としてなる。
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、溝形成部に長さ
方向にそって比重差を設けることにより、特に高速穴あ
け加工で、先端切刃面がすぐれた耐チッピング性を発揮
するようにした表面被覆超硬合金製ミニチュアドリル
（以下、被覆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、被覆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、同（ｂ）
に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）図で示される通り、先端面
を切刃面（以下、先端切刃面という）とし、かつ０．１
〜２ｍｍの外径を有する溝形成部と、シャンク部とから
なり、さらに少なくとも溝形成部、すなわち溝形成部の
み、または溝形成部とシャンク部が、結合相形成成分と
して４〜１３質量％の割合で含有するＣｏ中に、Ｃｒ：
０．１〜０．７質量％およびＶ：０．１〜０．５質量％
の割合で固溶含有したＣｒおよびＶ成分による粒成長抑
制作用で、硬質相形成成分としての炭化タングステン
（以下、ＷＣで示す）相の粒径を、平均粒径で、望まし
くは０．８μｍ以下とした微粒組織の超硬合金で構成さ
れた基体の表面に、ＴｉとＡｌの複合窒化物［以下、
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す］層からなる硬質被覆層を０．
５〜１０μｍの平均層厚で物理蒸着してなる被覆ミニチ
ュアドリルが知られている。また、被覆ミニチュアドリ
ルとして、シャンク部を再利用する目的で合金鋼や炭素
鋼などで形成し、これに超硬合金の溝形成部を着脱自在
に装着したものや、溝形成部とシャンク部を共に超硬合
金で一体的に形成したものなどが知られている。 【０００３】さらに、上記の被覆ミニチュアドリルが、
原料粉末として、いずれも０．１〜３μｍの平均粒径を
有するＷＣ粉末、Ｃｒ3Ｃ2粉末、ＶＣ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、１．３
〜１３．３Ｐａの真空雰囲気中、１３５０〜１４８０℃
の温度に昇温し、この昇温温度に１〜２時間保持後、雰
囲気を、例えばＡｒを導入して４．９〜１４．７ＭＰａ
の加圧雰囲気とし、前記昇温温度および加圧雰囲気の条
件下に１５〜６０分間保持した後、少なくとも１２００
℃までを５０〜１００℃／ｍｉｎの冷却速度で冷却する
ことにより、上記の割合でＣｒ（Ｃｒ3Ｃ2）およびＶ
（ＶＣ）がＣｏ中に固溶してなる結合相とＷＣ粒の硬質
相で構成された超硬合金からなる所定の直径の長尺状加
圧焼結体を形成し、この加圧焼結体から図１に示される
形状に研削加工して、超硬合金基体を形成し、ついで前
記超硬合金基体を、例えば特開平９−１２５２４９号公
報に記載され、図２に概略説明図で示される物理蒸着装
置の１種であるアークイオンプレーティング装置に装入
し、ヒータで装置内を、例えば雰囲気を２０ｍｔｏｒｒ
の真空として、５００℃の温度に加熱した状態で、アノ
ード電極と所定組成を有するＴｉ−Ａｌ合金がセットさ
れたカソード電極（蒸発源）との間に、例えば電圧：３
５Ｖ、電流：９０Ａの条件でアーク放電を発生させ、同
時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入し、一方超
硬合金基体には、例えばー２００Ｖのバイアス電圧を印
加した条件で、前記超硬合金基体の表面に、（Ｔｉ，Ａ
ｌ）Ｎ層からなる硬質被覆層を物理蒸着することにより
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、穴あけ加工は高速で行われる傾向にある。例え
ば半導体装置のプリント基板などの多層積層板では、こ
れを複数枚積み重ねた状態（加工抵抗の大きい状態）
で、高速で穴あけ加工が行われることになる。しかし、
上記の従来被覆ミニチュアドリルの場合、これを高速穴
あけ加工に用いると、ドリル自体に回転振動ぶれが発生
し易くなり、この結果特に先端切刃面は高ピッチの機械
的衝撃を受けるようになるため、先端切刃面にはチッピ
ング（微小欠け）が発生し、これが原因で、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、回転振
動ぶれの発生が抑制された被覆ミニチュアドリルを開発
すべく研究を行った結果、溝形成部とシャンク部からな
り、少なくとも前記溝形成部が、いずれも結合相形成成
分として、質量％で（以下、％は質量％を示す）、Ｃ
ｏ：４〜１３％、Ｃｒ：０．１〜０．７％、Ｖ ：０．
１〜０．５％、を含有し、残りが硬質相形成成分として
のＷＣと不可避不純物からなる組成を有する超硬合金の
基体の表面に、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる硬質被覆層
を０．５〜１０μｍの平均層厚で物理蒸着してなる上記
の従来被覆ミニチュアドリルにおいて、上記溝形成部
を、長さ方向にそって本体部、中間部、および先端切刃
面部に区分すると共に、上記本体部の超硬合金基体のＣ
ｏ含有量：１０〜１３％、上記中間部の超硬合金基体の
Ｃｏ含有量：７〜９％、上記先端切刃面部の超硬合金基
体のＣｏ含有量：４〜６％、とすると、上記溝形成部に
は長さ方向にそって本体部から先端切刃面部に向って比
重が高くなる比重差、ちなみに前記本体部の比重は約１
４．１５、前記中間部の比重は約１４．５５、前記先端
切刃面部の比重は約１４．９５の比重差が生じるように
なり、このように前記溝形成部に長さ方向にそって相対
的に本体部が低く、先端切刃面部が高い比重差を有する
被覆ミニチュアドリルにおいては、高速穴あけ加工でも
回転振動ぶれの発生が著しく抑制され、これによって先
端切刃面の受ける高ピッチの機械的衝撃が著しく緩和さ
れるようになることから、前記先端切刃面のチッピング
発生が防止され、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮
するようになる、という研究結果を得たのである。 【０００６】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、溝形成部とシャンク部からなり、
少なくとも前記溝形成部が、いずれも結合相形成成分と
して、Ｃｏ：４〜１３％、Ｃｒ：０．１〜０．７％、Ｖ
：０．１〜０．５％、を含有し、残りが硬質相形成成
分としてのＷＣと不可避不純物からなる組成を有する超
硬合金の基体の表面に、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる硬
質被覆層を０．５〜１０μｍの平均層厚で物理蒸着して
なる被覆ミニチュアドリルにおいて、上記溝形成部を、
長さ方向にそって本体部、中間部、および先端切刃面部
に区分すると共に、上記本体部の超硬合金基体のＣｏ含
有量：１０〜１３％、上記中間部の超硬合金基体のＣｏ
含有量：７〜９％、上記先端切刃面部の超硬合金基体の
Ｃｏ含有量：４〜６％、としてなる、高速穴あけ加工で
先端切刃面がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆ミ
ニチュアドリルに特徴を有するものである。 【０００７】以下に、この発明の被覆ミニチュアドリル
において、上記の通りに数値限定した理由を説明する。 （１） 超硬合金基体の組成 Ｃｏ成分には、焼結性を向上させ、焼結後は結合相を形
成して、超硬合金基体の強靭性を向上させる作用がある
が、その含有量が４％未満では所望の強度および靭性を
確保することができず、この結果特に当該含有量に相当
する含有量の先端切刃面部ではチッピングの発生が避け
られず、一方その含有量が１３％を超えると硬質被覆層
との密着性が急激に低下し、同様に当該含有量に相当す
る含有量の本体部の前記硬質被覆層に剥離が発生し易く
なることから、その含有量を４〜１３％と定めた。ま
た、ＣｒおよびＶ成分には、共に結合相を形成するＣｏ
中に固溶し、共存した状態で硬質相を形成するＷＣ粒の
成長を著しく抑制して、ＷＣ粒の粒径を平均粒径で、望
ましくは０．８μｍ以下とした微粒組織とする作用があ
るが、この作用はＣｒおよびＶ成分のいずれかの含有量
が０．１質量％未満であっても不充分となり、一方Ｃｒ
にあっては０．７％、Ｖにあっては０．５％を超える
と、これらの成分が炭化物として析出し、強度および靭
性を低下させるようになることから、その含有量を、Ｃ
ｒ：０．１〜０．７％、Ｖ：０．１〜０．５％と定め
た。 【０００８】（２） 本体部、中間部、および先端切刃
面部のＣｏ含有量 上記の通り、この発明の被覆ミニチュアドリルにおいて
は、溝形成部を、長さ方向にそって本体部、中間部、お
よび先端切刃面部に区分すると共に、超硬合金基体にお
ける相対的に比重の高いＷＣと反対に比重の低いＣｏと
の相対含有量を調整して、前記先端切刃面部の比重が、
前記中間部および本体部に比して高く、また前記中間部
比重が本体部に比して高くした比重差を溝形成部に形成
し、この溝形成部における比重差分布によって高速穴あ
け加工でも回転振動ぶれが発生するのを防止するもので
あり、したがって、本体部、中間部、および先端切刃面
部のＣｏ含有量、すなわち、上記本体部の超硬合金基体
のＣｏ含有量：１０〜１３％、上記中間部の超硬合金基
体のＣｏ含有量：７〜９％、上記先端切刃面部の超硬合
金基体のＣｏ含有量：４〜６％、は、高速穴あけ加工で
の回転振動ぶれ発生阻止の目的で行なった数多くの実験
結果に基づいて定めたものであり、各部のそれぞれのＣ
ｏ含有量が上記の範囲から上下のいずれに外れても長さ
方向の比重差バランスがくずれて、回転振動ぶれが発生
するようになるものである。 【０００９】（３）硬質被覆層 硬質被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層におけるＡｌ
はＴｉＮに対して高温硬さおよび耐熱性を向上させ、も
って耐摩耗性を向上させるために固溶するものであり、
したがってこれを組成式：（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｎで表した
場合、Ｘ値、すなわちＡｌのＴｉとの合量に占める割合
（原子比）は０．４５〜０．７５にするのが望ましく、
これは０．４５未満では所望の高温硬さおよび耐熱性向
上効果を確保することができず、一方その値が同０．７
５を越えると、ＴｉＮによってもたらされるすぐれた高
温強度が急激に低下するようになり、特に先端切刃面に
チッピングが発生し易くなるという理由からである。ま
た、その平均層厚を０．５〜１０μｍとしたのは、その
層厚が０．５μｍでは所望のすぐれた耐摩耗性を長期に
亘って確保することができず、一方その層厚が１０μｍ
を越えると、先端切刃面にチッピングが発生し易くなる
という理由によるものである。 【００１０】 【発明の実施の態様】つぎに、この発明の被覆ミニチュ
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、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、ＶＣ粉末、および
Ｃｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、シャンク部と溝
形成部の本体部（以下、単に本体部という）、同中間
部、および同先端切刃面部を形成する目的で、それぞれ
所定の配合組成に配合し、湿式混合し、乾燥した後、こ
れらの本体部形成用混合粉末、中間部形成用混合粉末、
および先端切刃面部形成用混合粉末を同時に、金型（下
型）の長尺状キャビティ内に長さ方向にそって装入し、
上型にてプレスして所定の直径の長尺状成形体とし、こ
の長尺状成形体を、１．３〜１３．３Ｐａの真空雰囲気
中、１３５０〜１４８０℃の温度に昇温し、この昇温温
度に１〜２時間保持後、雰囲気を、Ａｒを導入して４．
９〜１４．７ＭＰａの加圧雰囲気とし、前記昇温温度お
よび加圧雰囲気の条件下に１５〜６０分間保持した後、
１２００℃までを５０〜１００℃／ｍｉｎの冷却速度で
冷却して、所定の直径の長尺状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、溝形成部の本体部、中間部、および先端切刃
面部がそれぞれ表１に示されるＣｏ含有量、Ｃｒ含有
量、およびＶ含有量の結合相とＷＣ粒の硬質相からなる
超硬合金で構成され、かつ同じく表１に示される長さを
それぞれ有し、さらに溝形成部の外径（いずれも長さは
３８ｍｍ）を表１に示される寸法とした本発明超硬合金
基体Ａ〜Ｇをそれぞれを製造した。 【００１１】また、比較の目的で、超硬合金基体全体の
組成を表１に示した組成とする以外は、本発明超硬合金
基体Ａ〜Ｇの製造条件と同じ条件で従来超硬合金基体ａ
〜ｇそれぞれを製造した。 【００１２】ついで、上記の本発明超硬合金基体Ａ〜Ｇ
および従来超硬合金基体ａ〜ｇを、アセトン中で超音波
洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図１に例示される通
常のアークイオンプレーティング装置に装入し、一方カ
ソード電極（蒸発源）として、種々の成分組成をもった
Ｔｉ−Ａｌ合金を装着し、装置内を排気して０．５Ｐａ
の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に
加熱した後、Ａｒガスを装置内に導入して１０ＰａのＡ
ｒ雰囲気とし、この状態で前記超硬合金基体に−８００
Ｖのバイアス電圧を印加して、これの表面をＡｒガスボ
ンバート洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして、窒素
ガスを導入して６Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記
超硬合金基体に印加するバイアス電圧を−２００Ｖに下
げて、前記カソード電極とアノード電極との間にアーク
放電を発生させ、もってそれぞれの表面に、表２に示さ
れる目標組成および目標層厚の硬質被覆層である（Ｔ
ｉ，Ａｌ）Ｎ層を蒸着形成することにより、本発明被覆
ミニチュアドリル１〜７よび従来被覆ミニチュアドリル
１〜７をそれぞれ製造した。 【００１３】なお、この結果得られた各種の被覆ミニチ
ュアドリルについて、これを構成する硬質被覆層の組成
および層厚を、オージェ分光分析装置および走査型電子
顕微鏡を用いて測定したところ、表２の目標組成（Ｔｉ
割合）および目標層厚と実質的に同じ組成および平均層
厚（任意５ヶ所測定の平均値）を示した。 【００１４】この結果得られた本発明被覆ミニチュアド
リル１〜７よび従来被覆ミニチュアドリル１〜７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２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の先
端切刃面部の外径寸法に５％の摩耗が生じるまでの穴あ
け加工数を測定した。これらの測定結果を表２にそれぞ
れ平均値で示した。 【００１５】 【表１】【００１６】 【表２】【００１７】 【発明の効果】表１，２に示される結果から、溝形成部
の超硬合金基体を長さ方向に沿ってそれぞれ比重の異な
る本体部、中間部、および先端切刃面部に区分して比重
差バランスを付与してなる本発明被覆ミニチュアドリル
１〜７は、いずれも前記比重差バランスによってきわめ
て安定した回転モーメントが確保されることから、高速
穴あけ加工でも回転振動ぶれの発生が抑制され、先端切
刃面部におけるチッピング発生は防止され、すぐれた耐
摩耗性を発揮するのに対して、溝形成部の超硬合金基体
全体が同一組成の超硬合金で構成された従来被覆ミニチ
ュアドリル１〜７においては、いずれも高速穴あけ加工
では回転振動ぶれの発生が避けられず、この結果先端切
刃面にチッピングが発生し、これが原因で比較的短時間
で使用寿命に至ることが明らかである。上述のように、
この発明の被覆ミニチュアドリルは、通常の条件での穴
あけ加工は勿論のこと、高速穴あけ加工でもすぐれた耐
摩耗性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。
方向にそって比重差を設けることにより、特に高速穴あ
け加工で、先端切刃面がすぐれた耐チッピング性を発揮
するようにした表面被覆超硬合金製ミニチュアドリル
（以下、被覆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、被覆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、同（ｂ）
に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）図で示される通り、先端面
を切刃面（以下、先端切刃面という）とし、かつ０．１
〜２ｍｍの外径を有する溝形成部と、シャンク部とから
なり、さらに少なくとも溝形成部、すなわち溝形成部の
み、または溝形成部とシャンク部が、結合相形成成分と
して４〜１３質量％の割合で含有するＣｏ中に、Ｃｒ：
０．１〜０．７質量％およびＶ：０．１〜０．５質量％
の割合で固溶含有したＣｒおよびＶ成分による粒成長抑
制作用で、硬質相形成成分としての炭化タングステン
（以下、ＷＣで示す）相の粒径を、平均粒径で、望まし
くは０．８μｍ以下とした微粒組織の超硬合金で構成さ
れた基体の表面に、ＴｉとＡｌの複合窒化物［以下、
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す］層からなる硬質被覆層を０．
５〜１０μｍの平均層厚で物理蒸着してなる被覆ミニチ
ュアドリルが知られている。また、被覆ミニチュアドリ
ルとして、シャンク部を再利用する目的で合金鋼や炭素
鋼などで形成し、これに超硬合金の溝形成部を着脱自在
に装着したものや、溝形成部とシャンク部を共に超硬合
金で一体的に形成したものなどが知られている。 【０００３】さらに、上記の被覆ミニチュアドリルが、
原料粉末として、いずれも０．１〜３μｍの平均粒径を
有するＷＣ粉末、Ｃｒ3Ｃ2粉末、ＶＣ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、１．３
〜１３．３Ｐａの真空雰囲気中、１３５０〜１４８０℃
の温度に昇温し、この昇温温度に１〜２時間保持後、雰
囲気を、例えばＡｒを導入して４．９〜１４．７ＭＰａ
の加圧雰囲気とし、前記昇温温度および加圧雰囲気の条
件下に１５〜６０分間保持した後、少なくとも１２００
℃までを５０〜１００℃／ｍｉｎの冷却速度で冷却する
ことにより、上記の割合でＣｒ（Ｃｒ3Ｃ2）およびＶ
（ＶＣ）がＣｏ中に固溶してなる結合相とＷＣ粒の硬質
相で構成された超硬合金からなる所定の直径の長尺状加
圧焼結体を形成し、この加圧焼結体から図１に示される
形状に研削加工して、超硬合金基体を形成し、ついで前
記超硬合金基体を、例えば特開平９−１２５２４９号公
報に記載され、図２に概略説明図で示される物理蒸着装
置の１種であるアークイオンプレーティング装置に装入
し、ヒータで装置内を、例えば雰囲気を２０ｍｔｏｒｒ
の真空として、５００℃の温度に加熱した状態で、アノ
ード電極と所定組成を有するＴｉ−Ａｌ合金がセットさ
れたカソード電極（蒸発源）との間に、例えば電圧：３
５Ｖ、電流：９０Ａの条件でアーク放電を発生させ、同
時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入し、一方超
硬合金基体には、例えばー２００Ｖのバイアス電圧を印
加した条件で、前記超硬合金基体の表面に、（Ｔｉ，Ａ
ｌ）Ｎ層からなる硬質被覆層を物理蒸着することにより
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、穴あけ加工は高速で行われる傾向にある。例え
ば半導体装置のプリント基板などの多層積層板では、こ
れを複数枚積み重ねた状態（加工抵抗の大きい状態）
で、高速で穴あけ加工が行われることになる。しかし、
上記の従来被覆ミニチュアドリルの場合、これを高速穴
あけ加工に用いると、ドリル自体に回転振動ぶれが発生
し易くなり、この結果特に先端切刃面は高ピッチの機械
的衝撃を受けるようになるため、先端切刃面にはチッピ
ング（微小欠け）が発生し、これが原因で、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、回転振
動ぶれの発生が抑制された被覆ミニチュアドリルを開発
すべく研究を行った結果、溝形成部とシャンク部からな
り、少なくとも前記溝形成部が、いずれも結合相形成成
分として、質量％で（以下、％は質量％を示す）、Ｃ
ｏ：４〜１３％、Ｃｒ：０．１〜０．７％、Ｖ ：０．
１〜０．５％、を含有し、残りが硬質相形成成分として
のＷＣと不可避不純物からなる組成を有する超硬合金の
基体の表面に、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる硬質被覆層
を０．５〜１０μｍの平均層厚で物理蒸着してなる上記
の従来被覆ミニチュアドリルにおいて、上記溝形成部
を、長さ方向にそって本体部、中間部、および先端切刃
面部に区分すると共に、上記本体部の超硬合金基体のＣ
ｏ含有量：１０〜１３％、上記中間部の超硬合金基体の
Ｃｏ含有量：７〜９％、上記先端切刃面部の超硬合金基
体のＣｏ含有量：４〜６％、とすると、上記溝形成部に
は長さ方向にそって本体部から先端切刃面部に向って比
重が高くなる比重差、ちなみに前記本体部の比重は約１
４．１５、前記中間部の比重は約１４．５５、前記先端
切刃面部の比重は約１４．９５の比重差が生じるように
なり、このように前記溝形成部に長さ方向にそって相対
的に本体部が低く、先端切刃面部が高い比重差を有する
被覆ミニチュアドリルにおいては、高速穴あけ加工でも
回転振動ぶれの発生が著しく抑制され、これによって先
端切刃面の受ける高ピッチの機械的衝撃が著しく緩和さ
れるようになることから、前記先端切刃面のチッピング
発生が防止され、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮
するようになる、という研究結果を得たのである。 【０００６】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、溝形成部とシャンク部からなり、
少なくとも前記溝形成部が、いずれも結合相形成成分と
して、Ｃｏ：４〜１３％、Ｃｒ：０．１〜０．７％、Ｖ
：０．１〜０．５％、を含有し、残りが硬質相形成成
分としてのＷＣと不可避不純物からなる組成を有する超
硬合金の基体の表面に、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる硬
質被覆層を０．５〜１０μｍの平均層厚で物理蒸着して
なる被覆ミニチュアドリルにおいて、上記溝形成部を、
長さ方向にそって本体部、中間部、および先端切刃面部
に区分すると共に、上記本体部の超硬合金基体のＣｏ含
有量：１０〜１３％、上記中間部の超硬合金基体のＣｏ
含有量：７〜９％、上記先端切刃面部の超硬合金基体の
Ｃｏ含有量：４〜６％、としてなる、高速穴あけ加工で
先端切刃面がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆ミ
ニチュアドリルに特徴を有するものである。 【０００７】以下に、この発明の被覆ミニチュアドリル
において、上記の通りに数値限定した理由を説明する。 （１） 超硬合金基体の組成 Ｃｏ成分には、焼結性を向上させ、焼結後は結合相を形
成して、超硬合金基体の強靭性を向上させる作用がある
が、その含有量が４％未満では所望の強度および靭性を
確保することができず、この結果特に当該含有量に相当
する含有量の先端切刃面部ではチッピングの発生が避け
られず、一方その含有量が１３％を超えると硬質被覆層
との密着性が急激に低下し、同様に当該含有量に相当す
る含有量の本体部の前記硬質被覆層に剥離が発生し易く
なることから、その含有量を４〜１３％と定めた。ま
た、ＣｒおよびＶ成分には、共に結合相を形成するＣｏ
中に固溶し、共存した状態で硬質相を形成するＷＣ粒の
成長を著しく抑制して、ＷＣ粒の粒径を平均粒径で、望
ましくは０．８μｍ以下とした微粒組織とする作用があ
るが、この作用はＣｒおよびＶ成分のいずれかの含有量
が０．１質量％未満であっても不充分となり、一方Ｃｒ
にあっては０．７％、Ｖにあっては０．５％を超える
と、これらの成分が炭化物として析出し、強度および靭
性を低下させるようになることから、その含有量を、Ｃ
ｒ：０．１〜０．７％、Ｖ：０．１〜０．５％と定め
た。 【０００８】（２） 本体部、中間部、および先端切刃
面部のＣｏ含有量 上記の通り、この発明の被覆ミニチュアドリルにおいて
は、溝形成部を、長さ方向にそって本体部、中間部、お
よび先端切刃面部に区分すると共に、超硬合金基体にお
ける相対的に比重の高いＷＣと反対に比重の低いＣｏと
の相対含有量を調整して、前記先端切刃面部の比重が、
前記中間部および本体部に比して高く、また前記中間部
比重が本体部に比して高くした比重差を溝形成部に形成
し、この溝形成部における比重差分布によって高速穴あ
け加工でも回転振動ぶれが発生するのを防止するもので
あり、したがって、本体部、中間部、および先端切刃面
部のＣｏ含有量、すなわち、上記本体部の超硬合金基体
のＣｏ含有量：１０〜１３％、上記中間部の超硬合金基
体のＣｏ含有量：７〜９％、上記先端切刃面部の超硬合
金基体のＣｏ含有量：４〜６％、は、高速穴あけ加工で
の回転振動ぶれ発生阻止の目的で行なった数多くの実験
結果に基づいて定めたものであり、各部のそれぞれのＣ
ｏ含有量が上記の範囲から上下のいずれに外れても長さ
方向の比重差バランスがくずれて、回転振動ぶれが発生
するようになるものである。 【０００９】（３）硬質被覆層 硬質被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層におけるＡｌ
はＴｉＮに対して高温硬さおよび耐熱性を向上させ、も
って耐摩耗性を向上させるために固溶するものであり、
したがってこれを組成式：（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｎで表した
場合、Ｘ値、すなわちＡｌのＴｉとの合量に占める割合
（原子比）は０．４５〜０．７５にするのが望ましく、
これは０．４５未満では所望の高温硬さおよび耐熱性向
上効果を確保することができず、一方その値が同０．７
５を越えると、ＴｉＮによってもたらされるすぐれた高
温強度が急激に低下するようになり、特に先端切刃面に
チッピングが発生し易くなるという理由からである。ま
た、その平均層厚を０．５〜１０μｍとしたのは、その
層厚が０．５μｍでは所望のすぐれた耐摩耗性を長期に
亘って確保することができず、一方その層厚が１０μｍ
を越えると、先端切刃面にチッピングが発生し易くなる
という理由によるものである。 【００１０】 【発明の実施の態様】つぎに、この発明の被覆ミニチュ
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、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、ＶＣ粉末、および
Ｃｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、シャンク部と溝
形成部の本体部（以下、単に本体部という）、同中間
部、および同先端切刃面部を形成する目的で、それぞれ
所定の配合組成に配合し、湿式混合し、乾燥した後、こ
れらの本体部形成用混合粉末、中間部形成用混合粉末、
および先端切刃面部形成用混合粉末を同時に、金型（下
型）の長尺状キャビティ内に長さ方向にそって装入し、
上型にてプレスして所定の直径の長尺状成形体とし、こ
の長尺状成形体を、１．３〜１３．３Ｐａの真空雰囲気
中、１３５０〜１４８０℃の温度に昇温し、この昇温温
度に１〜２時間保持後、雰囲気を、Ａｒを導入して４．
９〜１４．７ＭＰａの加圧雰囲気とし、前記昇温温度お
よび加圧雰囲気の条件下に１５〜６０分間保持した後、
１２００℃までを５０〜１００℃／ｍｉｎの冷却速度で
冷却して、所定の直径の長尺状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、溝形成部の本体部、中間部、および先端切刃
面部がそれぞれ表１に示されるＣｏ含有量、Ｃｒ含有
量、およびＶ含有量の結合相とＷＣ粒の硬質相からなる
超硬合金で構成され、かつ同じく表１に示される長さを
それぞれ有し、さらに溝形成部の外径（いずれも長さは
３８ｍｍ）を表１に示される寸法とした本発明超硬合金
基体Ａ〜Ｇをそれぞれを製造した。 【００１１】また、比較の目的で、超硬合金基体全体の
組成を表１に示した組成とする以外は、本発明超硬合金
基体Ａ〜Ｇの製造条件と同じ条件で従来超硬合金基体ａ
〜ｇそれぞれを製造した。 【００１２】ついで、上記の本発明超硬合金基体Ａ〜Ｇ
および従来超硬合金基体ａ〜ｇを、アセトン中で超音波
洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図１に例示される通
常のアークイオンプレーティング装置に装入し、一方カ
ソード電極（蒸発源）として、種々の成分組成をもった
Ｔｉ−Ａｌ合金を装着し、装置内を排気して０．５Ｐａ
の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に
加熱した後、Ａｒガスを装置内に導入して１０ＰａのＡ
ｒ雰囲気とし、この状態で前記超硬合金基体に−８００
Ｖのバイアス電圧を印加して、これの表面をＡｒガスボ
ンバート洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして、窒素
ガスを導入して６Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記
超硬合金基体に印加するバイアス電圧を−２００Ｖに下
げて、前記カソード電極とアノード電極との間にアーク
放電を発生させ、もってそれぞれの表面に、表２に示さ
れる目標組成および目標層厚の硬質被覆層である（Ｔ
ｉ，Ａｌ）Ｎ層を蒸着形成することにより、本発明被覆
ミニチュアドリル１〜７よび従来被覆ミニチュアドリル
１〜７をそれぞれ製造した。 【００１３】なお、この結果得られた各種の被覆ミニチ
ュアドリルについて、これを構成する硬質被覆層の組成
および層厚を、オージェ分光分析装置および走査型電子
顕微鏡を用いて測定したところ、表２の目標組成（Ｔｉ
割合）および目標層厚と実質的に同じ組成および平均層
厚（任意５ヶ所測定の平均値）を示した。 【００１４】この結果得られた本発明被覆ミニチュアド
リル１〜７よび従来被覆ミニチュアドリル１〜７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２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の先
端切刃面部の外径寸法に５％の摩耗が生じるまでの穴あ
け加工数を測定した。これらの測定結果を表２にそれぞ
れ平均値で示した。 【００１５】 【表１】【００１６】 【表２】【００１７】 【発明の効果】表１，２に示される結果から、溝形成部
の超硬合金基体を長さ方向に沿ってそれぞれ比重の異な
る本体部、中間部、および先端切刃面部に区分して比重
差バランスを付与してなる本発明被覆ミニチュアドリル
１〜７は、いずれも前記比重差バランスによってきわめ
て安定した回転モーメントが確保されることから、高速
穴あけ加工でも回転振動ぶれの発生が抑制され、先端切
刃面部におけるチッピング発生は防止され、すぐれた耐
摩耗性を発揮するのに対して、溝形成部の超硬合金基体
全体が同一組成の超硬合金で構成された従来被覆ミニチ
ュアドリル１〜７においては、いずれも高速穴あけ加工
では回転振動ぶれの発生が避けられず、この結果先端切
刃面にチッピングが発生し、これが原因で比較的短時間
で使用寿命に至ることが明らかである。上述のように、
この発明の被覆ミニチュアドリルは、通常の条件での穴
あけ加工は勿論のこと、高速穴あけ加工でもすぐれた耐
摩耗性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）は被覆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。 【図２】アークイオンプレーティング装置の概略説明図
である。
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。 【図２】アークイオンプレーティング装置の概略説明図
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 高橋 慧
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
Ｆターム(参考） 3C037 CC01 CC04 CC09
4K029 AA04 BA58 BC00 BD05 CA04
EA01
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 溝形成部とシャンク部からなり、少なく
とも前記溝形成部が、いずれも結合相形成成分として、
質量％で、 Ｃｏ：４〜１３％、 Ｃｒ：０．１〜０．７％、 Ｖ ：０．１〜０．５％、 を含有し、残りが硬質相形成成分としての炭化タングス
テンと不可避不純物からなる組成を有する超硬合金で構
成された基体の表面に、ＴｉとＡｌの複合窒化物層から
なる硬質被覆層を０．５〜１０μｍの平均層厚で物理蒸
着してなる表面被覆超硬合金製ミニチュアドリルにおい
て、 上記溝形成部を、長さ方向にそって本体部、中間部、お
よび先端切刃面部に区分すると共に、 上記本体部の超硬合金基体のＣｏ含有量：１０〜１３
％、 上記中間部の超硬合金基体のＣｏ含有量：７〜９％、 上記先端切刃面部の超硬合金基体のＣｏ含有量：４〜６
％、 としたことを特徴とする高速穴あけ加工で先端切刃面が
すぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製
ミニチュアドリル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001273524A JP2003080412A (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 高速穴あけ加工で先端切刃面がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製ミニチュアドリル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001273524A JP2003080412A (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 高速穴あけ加工で先端切刃面がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製ミニチュアドリル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003080412A true JP2003080412A (ja) | 2003-03-18 |
Family
ID=19098725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001273524A Withdrawn JP2003080412A (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 高速穴あけ加工で先端切刃面がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製ミニチュアドリル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003080412A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105290513A (zh) * | 2015-11-28 | 2016-02-03 | 谭华 | 精密开槽加工装置 |
| CN105345601A (zh) * | 2015-11-28 | 2016-02-24 | 谭华 | 智能开槽加工装置 |
| CN105345602A (zh) * | 2015-11-28 | 2016-02-24 | 谭华 | 薄板件的精密开槽装置 |
| JP2016030314A (ja) * | 2014-07-29 | 2016-03-07 | 京セラ株式会社 | ドリル用ブランク、ドリル用ブランクの製造方法、およびドリル |
| CN105397569A (zh) * | 2015-11-28 | 2016-03-16 | 谭华 | 多功能智能化板件开槽装置 |
| CN105397570A (zh) * | 2015-11-28 | 2016-03-16 | 谭华 | 多功能智能反馈式薄板开槽装置 |
| CN105414666A (zh) * | 2015-11-28 | 2016-03-23 | 谭华 | 薄壁板的精密开槽装置 |
| CN105491335A (zh) * | 2015-11-28 | 2016-04-13 | 谭华 | 基于信息反馈调节的开槽装置 |
| CN105500116A (zh) * | 2015-11-28 | 2016-04-20 | 谭华 | 薄板件的智能精开槽加工装置 |
| CN105537685A (zh) * | 2015-11-28 | 2016-05-04 | 谭华 | 薄壁板的反馈式开槽加工装置 |
-
2001
- 2001-09-10 JP JP2001273524A patent/JP2003080412A/ja not_active Withdrawn
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