JP2617326B2 - ドリル - Google Patents

ドリル

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JP2617326B2
JP2617326B2 JP62303314A JP30331487A JP2617326B2 JP 2617326 B2 JP2617326 B2 JP 2617326B2 JP 62303314 A JP62303314 A JP 62303314A JP 30331487 A JP30331487 A JP 30331487A JP 2617326 B2 JP2617326 B2 JP 2617326B2
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隆 藤田
邦夫 渋木
義文 小池
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東芝タンガロイ 株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は細径のドリルに関し、更に詳しくは、耐摩耗
性が優れていると同時に、切削使用時における折損事故
も少なく、その結果、使用寿命が長くなるドリルに関す
る。
(従来の技術) プリント基板や各種の金属素材を穿孔する際には、そ
の切削工具として各種のドリルが使用される。穿設する
孔が小径になれば、当然のこととして用いるドリルは細
径となる。一般に、直径2mm以下の小孔を形成するため
のドリルはプリント基板用小径ドリルと指称されている
が、このようなドリルの1例を第3図に平面図として示
す。
図において、全長Aはみぞ長Bとシャンク長Eとで構
成される。ドリルはシャンク長E部分で切削装置にチャ
ッキングされ、その先端部を被削材に圧接して実用に供
される。
このような細径ドリルの基体は、切削使用時における
折損事故を防止するために高靭性の材料、例えば、WC−
Co系合金のような超硬合金で構成されている。
このような超硬合金製のドリルは折損事故の防止とい
う点では有効であるが、しかし一方では、被削材に対す
る耐摩耗性という点では不充分であるため消耗が激し
く、ドリルの使用寿命が短いという問題がある。
このため、従来は、ドリルの切削作用面、すなわち前
述の図でいう先端部Cを含めたみぞ長部Bの全表面又は
1部の表面に、高硬度で耐摩耗性に優れる被覆層を形成
することが提案されている(特開昭56−3117号公報、特
開昭56−3119号公報及び特開昭57−184616号公報)。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、上記したようなドリルは次のような問
題を発生する。例えば、材料がWC−6%Coから成り、直
径0.35mm、みぞ長Bが10mmであるドリル100本を製作
し、その半数50本には先端部Cを含むみぞ長Bの全面の
厚み0.2μmのSiC層で被覆し、これら2種類のドリルで
プリント基板(ガラス繊維補強のエポキシ樹脂板)に同
一切削条件で穿孔したところ、前者のドリルの折損数は
2本(折損事故率4%)であったにもかかわらず、後者
のドリルの場合には40本の折損数(折損事故率80%)で
あった。すなわち、ドリル基体の切削作用面の全面に耐
摩耗性の被覆層を形成したドリルは、あきらかに、折損
事故を増大せしめてしまうのである。
しかも、この傾向は、第1図に示すようにドリルの直
径が細径化するほど顕著となるのである。すなわち、第
1図は、切削作用面の全面に被覆層を形成したドリルに
おける、その直径と折損事故率との関係を示す図であ
る。
これらの事実から明らかなように、ドリルの耐摩耗性
を向上せしめるために切削作用面、特にみぞ長の全面に
被覆層を形成することは、ドリル基体が高靭性であるに
もかかわらず、被覆層を形成しない場合に比べてその事
故発生率が画然と増大してしまうのである。
このことは、結果としてドリルの使用寿命を短くして
しまうことである。
本発明は、ドリルの切削作用面に耐摩耗性の硬質被覆
層が形成されているにもかかわらず、上記したような問
題を生起することがなく、耐摩耗性も優れ、折損事故発
生も少ない細径のドリルの提供を目的とする。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段・作用) 本発明者らは上記現象の原因を解明するために、新た
に超硬合金のドリル基体の表面に被覆層を被覆して実用
試験を行い、そのときに折損事故を起したドリルにつ
き、そのドリル先端から折損個所までの距離を測定し、
この距離と折損事故率(%)の関係をプロットした。こ
の結果は、ほぼ第2図に示すような傾向であった。
図から明らかなように、折損は首下に、連続するみぞ
の切れ上がり部からみぞ長に入ったドリル軸に対して垂
直の断面積の最小の所B2で最も多く生起している。
これらの結果から、本発明者らは上記現象がいわゆる
切欠効果に基づく現象であるとの結論を得るに到った。
すなわち、切削作用面の全面に硬質被覆層が形成されて
いるドリルを被削材に一定の力で圧接して切削動作に供
した場合、曲げモーメント及びトルクが最も集中し易す
いみぞ長Bの1/2部分からみぞ切れ上がりB1部の間にお
いて、例えば、硬質被覆層に存在する微小欠陥部が起点
となり、その切欠底つまりドリル基体面と硬質被覆層と
の接合界面に局部的応力が集中し、その結果、通常の測
定においては高靭性値を示すドリル基体であってもその
切欠底から折損が生起するのである。
本発明者らは上記発明を基礎として、切削作用面の一
部のみに耐摩耗性の硬質被覆層を形成してその折損事故
の発生有無について試験したところ極めて良好な結果を
得、また先端部Cの耐摩耗性も満足すべき結果を得たこ
とにより、総合的にみて使用寿命が長期化する細径のド
リルを開発するに到った。
すなわち、本発明のドリルは、ドリル基体の表面が硬
質被覆層で被覆されているドリルにおいて、硬質被覆層
の被覆個所が、ドリル基体のみぞ長の内、先端部を含め
た先端からの距離がみぞ長の1/3以下の長さの表面部分
であり、該硬質被覆層が炭化チタン、窒化ケイ素、炭窒
化チタン、窒化チタンの1種以上の層と、炭化ケイ素、
立方晶窒化ケイ素、ダイヤモンド、ダイヤモンド状カー
ボンの1種以上の層との2層以上からなる積層構造でな
ることを特徴とする。
まず、本発明ドリルの基体を構成する材料は、従来の
プリント基板用小径ドリルの基体として採用されている
ような高靭性の材料であれば何であってもよいが、例え
ばWC−Co系、WC−Co−Ni系、WC−Co−Cr系、WC−Co−Ni
−Cr系、WC−VC−Co系、WC−Cr3C2−Co系、WC−VC−Cr3
C2−Co系、WC−TaC−VC−Co系、WC−TaC−Cr3C2−Co系
のような超硬合金;TiC−WC−TiN−Ni系、TiC−WC−TiN
−Co系、TiC−WC−TaC−TiN−Ni系、のようなサーメッ
トをあげることができる。
本発明のドリルは、先端部Cの全表面を含めそれに連
らなりシャンク方向に延びるみぞ長の全表面のうち先端
部Cを含むみぞ長の1部の表面に後述する硬質被覆層が
形成されている。
前述したように、ドリルのみぞ長Bの1/2部分に曲げ
モーメント及びトリクが最も集中し、折損しやすくな
る。また、ドリルの耐摩耗性に関与する部分は、ほとん
どが刃先先端部C、または刃先先端B5からマージン部D
を含めた先端の部分である。これらの両方の影響とし
て、実際に確認された結果が第2図であって、第2図
は、硬質被覆層の被覆されたドリルの折損事故率から判
断した場合、ドリルのみぞ量Bのほぼ1/3に当たるB4
部分から刃先先端B5側が顕著に安定しているものであ
る。したがって、みぞ長の長さをBとすると、硬質被覆
層が形成されている長さlは、l≦B×1/3であるよう
な長さであることが好ましい。この被覆層の長さが上記
関係を逸脱する長さ、すなわち、Bの1/3より長くなる
場合は、切削使用時における折損事故が増加しはじめる
ので好ましくない。より好ましくは、先端部Cとマージ
ン長Dの全表面である。
形成される硬質被覆層としては、その硬度がHv1500以
上、好ましくはHv2000以上となるような層が、耐摩耗性
を向上せしめるという点で好適である。
例えば、周期律表IV a、V a、VI a族の各金属の炭化
物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、炭酸窒化物のそれぞ
れ;炭化ケイ素,窒化ケイ素,酸化アルミニウム;更に
はこれらの1種又は2種以上の固溶体又は立方晶窒化ホ
ウ素、ダイヤモンドをあげることができ、具体的には、
TiC、TiN、ZrC、TaC、TaN、WC、(Ti、W)C、Ti(C,
N)、Ti(C,O)、Ti(N,O)、Ti(C,N,O)、(Ti,Ta,
W)C、SiC、Si3N4、Al2O3、(Si,Al)、(O,N)CBN、
ダイヤモンドからなるものを代表例として挙げることが
できる。これらの硬質被覆層は、結晶質や非晶質で形成
される場合、又は化学量論的化合物や非化学量論的化合
物でなっている場合でもよい。
また、硬質被覆層は積層構造とする。この場合、まず
最初にドリル基体となじみ易すい硬質層をドリル基体の
所定個所に形成し、更にその上に高硬度の被覆層を形成
した2層以上の構造のもの、例えば、基体表面にTiC、S
i3N4、Ti(C,N)、TiNの層を形成し、その上に、耐すき
とり摩耗性にすぐれるSiC層、CBN層又はダイヤモンド状
カーボン層を被覆形成したものは好適である。
硬質被覆層の厚みは、切欠効果を抑制するという点で
考えれば薄層であるほど公的であるがあまり薄くすると
ドリルの耐摩耗性が劣化するので、0.01〜10μmの範囲
内にあることが好ましい。更に好ましくは0.05〜4μ
m、特に好ましくは0.1〜3.0μmである。
本発明のドリルは例えば次のようにして製造すること
ができる。まず、所定の超硬合金やサーメットから図に
示したようなドリル基体を製作する。
ついで、ドリル基体の表面のうち、硬質被覆層を形成
しない部分に金属箔等でマスキングする。このとき、マ
スキングしない部分は、先端部Cを含むみぞ長の先端部
側の表面との長さが、前記したBの1/3以下となるよう
にする。
マスキングされたドリル基体を、常用のプラズマCVD
装置又はイオンプレーティング装置内にセットし、マス
キングされていない部分に硬質被覆層を形成する。この
とき、反応ガスの種類;反応条件などを適宜に選定する
ことにより、所望する硬質被覆層を単層としてまた積層
構造として形成することができ、更に層厚を任意に設定
することもできる。
最後に上記装置がらドリルを取りだし、マスキング部
分を除去すれば、先端部Cを含むみぞ長Bの一部のみに
硬質被覆層が形成されている本発明のドリルを得ること
ができる。
(発明の実施例) 直径0.35mm、逃げ角10度、先端部Cの長さ0.6mm、み
ぞ長の長さ6.0mm、全長38mmであるプリント基板用小径
のドリルを用意した。ドリルの材質はWC−4wt%Co合金
である。
このドリル基体の先端からXmmの部分を露出させ、他
の部分はマスキング剤(材)樹脂で被覆した。
ついで、プラズマCVD装置にセットし、まず厚み0.2μ
mのTiN層をドリル基体のX部分に形成し、ついで、反
応ガスを切換えて厚み0.5μmのSiC層を形成した。
装置からドリルを取出し、マスキング部分を除去し
た。
本発明の効果を確認するために、ガラス繊維補強のエ
ポキシ樹脂板からなるプリント基板に穿孔処理を施し
た。穿孔処理時の条件は、ドリル回転速度80,000rpm、
送り速度20μm/revであった。
上述のTiN層−SiC層の積層構造のうち、先端部を含め
た先端からの距離がみぞ長の1/3以下でなる硬質被覆層
が形成された本発明品と、更に膜厚さ1.0μmのTiN単層
構造の硬質被覆層を有する比較品とを用いて、プリント
基板2枚(3.2mm)を重ねて、上述の先行条件により寿
命まで切削し、孔加工数を求めた結果、本発明品は、40
00孔であったのに対し、比較品は1500孔であった。
[発明の効果] 以上の説明で明らかなように、本発明のドリルは全面
に被覆層を形成したドリルに比べその折損事故が著しく
少なく、また耐摩耗性という点でも遜色はない。したが
って、総合的にみて使用寿命は長くなりその工業的価値
は大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は層で被覆したドリルの直径と折損事故率との関
係を示す図である。第2図はドリル先端から折損個所ま
での距離と折損事故率との関係を示す図である。第3図
はドリルの平面図である。 第2図において B5……先端、B4……1/3×(みぞ長)、B3……2/3×(み
ぞ長)、B2……みぞの切れ上がり部下の最小断面積部、
B1……みぞの切れ上がり部、E1……首下 第3図において A……全長、B……みぞ長、C……先端部、D……マー
ジン長、E……シャンク、E1……首下、B1……みぞの切
れ上がり部、B2……みぞの切れ上がり部下の最小断面積
フロントページの続き (72)発明者 小池 義文 神奈川県川崎市幸区塚越1丁目7番地 東芝タンガロイ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−3117(JP,A) 実開 昭61−35710(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ドリル基体に硬質被覆層が形成されている
    ドリルにおいて、硬質被覆層の形成箇所は、該ドリル基
    体のみぞ長の内、先端部を含めた先端からの距離がみぞ
    長の1/3以下の長さの表面部分であり、該硬質被覆層が
    炭化チタン、窒化ケイ素、炭窒化チタン、窒化チタンの
    1種以上の層と、炭化ケイ素、立方晶窒化ホウ素、ダイ
    ヤモンド、ダイヤモンド状カーボンの1種以上の層とを
    順次被覆してなる2層以上からなる積層構造でなること
    を特徴とするドリル。
JP62303314A 1987-12-02 1987-12-02 ドリル Expired - Lifetime JP2617326B2 (ja)

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JP2643496B2 (ja) * 1989-11-28 1997-08-20 三菱マテリアル株式会社 先端部表面硬質層被覆超硬合金製バックテーパー付きミニチュアドリル
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