JP3291562B2 - 高強度を有する超硬合金製ミニチュアドリル - Google Patents
高強度を有する超硬合金製ミニチュアドリルInfo
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Description
なく、高強度を有し、これによって一段の細径化にもす
ぐれた耐折損性を示す超硬合金製ミニチュアドリルに関
するものである。
リルが、図2に電子顕微鏡による組織観察結果を模式図
で示す通り、 第一硬質分散相:60〜92面積%、 第二硬質分散相:1〜10面積%、 Coを主体とする結合相および不可避不純物:残り、 からなる組織を示し、上記第一硬質分散相は、炭化タン
グステン(以下、WCで示す)からなり、上記第二硬質
分散相は、上記結合相中に微細に分散分布したVとWと
Crの析出複合炭化物[以下、(V,W,Cr)Cで示
す]からなり、かついずれもV成分の作用で0.7μm
以下の平均粒径を有し、さらにCo、Cr、およびVの
含有量が、重量%で(以下、単に%の表示は重量%を示
す)、Co:5〜13%、Cr:0.2〜2%、V :
0.2〜1%、である、WC基超硬合金(以下、超硬合
金と云う)で構成され、かつ図3に概略正面図で例示さ
れるように、切刃部とシャンク部からなり、前記切刃部
に形成された外周刃によって穴あけ加工がなされること
は良く知られるところである。また、これらの超硬合金
製ミニチュアドリルが、主に半導体装置のプリント配線
基板などの穴あけ加工に用いられていることも知られて
いる。
置の高集積化は著しく、これに伴い、これらに設けられ
る穴径も小経化の傾向にあり、したがってこれの穴あけ
加工に用いられるミニチュアドリルも一段と細径となる
が、加工穴径が小径になればなるほど、ミニチュアドリ
ルには折損防止の面からより一段の強度(靭性)が要求
され、このためにはこれを構成する超硬合金のCo含有
量を多くしなければならないが、Co含有量を多くする
と反比例的に耐摩耗性が低下するようになり、使用寿命
の短命化が避けられないのが現状である。
上述のような観点から、上記の従来超硬合金製ミニチュ
アドリルに着目し、これのもつ耐摩耗性を損なう事な
く、強度向上を図るべく研究を行った結果、上記の従来
超硬合金製ミニチュアドリルを構成する超硬合金(従来
超硬合金と云う)においては、その製造に際して、その
焼結を、「0.01〜0.1torrの真空雰囲気中、
温度:1350〜1480℃に1〜2時間保持後、少な
くとも1200℃まで炉冷(この場合の冷却速度は約1
0℃/min)」、の条件で行っているが、この焼結
を、「0.01〜0.1torrの真空雰囲気中、温
度:1350〜1480℃に1〜2時間保持後、雰囲気
を50〜150kg/cm2 の加圧雰囲気に変え、この
加圧雰囲気に15〜60分間保持後、少なくとも120
0℃までを50〜100℃/minの冷却速度で急
冷」、の条件とすると、上記従来超硬合金では、(V,
W,Cr)Cのすべてが冷却時に結合相中に分散析出し
て独自に第二硬質分散相を形成していたものが、上記の
通り真空雰囲気を加圧雰囲気に変え、この加圧雰囲気に
所定時間保持した後急冷することにより、図1に電子顕
微鏡による組織観察結果を模式図で示した通り、その一
部がWCの表面に全面被覆薄層および/または部分被覆
薄層として析出して被覆WCからなる第一硬質分散相を
形成するようになり、この結果の(V,W,Cr)Cの
析出割合にはほとんど変化がないが、前記(V,W,C
r)Cの一部が前記被覆WCを形成する超硬合金は、結
合相中にだけ(V,W,Cr)Cが分散析出した上記従
来超硬合金に比して一段と高い強度をもつようになり、
したがってこの超硬合金でミニチュアドリルを構成すれ
ば、これの一段の細径化にもすぐれた耐折損性を示し、
かつ細径化によっても耐摩耗性の低下が抑制されるよう
になるという研究結果を得たのである。
されたものであって、電子顕微鏡による組織観察で、 第一硬質分散相:65〜92.5面積%、 第二硬質分散相:0.5〜5面積%、 Coを主体とする結合相および不可避不純物:残り、 からなる組織を示し、上記第一硬質分散相は、WCを
(V,W,Cr)Cの薄層で全面被覆および/または部
分被覆してなる被覆WCからなり、上記第二硬質分散相
は、上記結合相中に微細に分散分布した(V,W,C
r)Cからなり、かついずれも0.7μm以下の平均粒
径を有し、さらにCo、Cr、およびVの含有量が、C
o:5〜13%、Cr:0.2〜2%、V :0.2〜
1%、である、超硬合金で構成してなる、耐折損性のす
ぐれた超硬合金製ミニチュアドリルに特徴を有するもの
である。
いて、これを構成する超硬合金の組成および硬質分散相
の平均粒径を上記の通りに限定した理由を説明する。 (A) 組成 (a) 第一硬質分散相(被覆WC)の割合 第一硬質分散相における(V,W,Cr)Cの存在、す
なわちWCの表面を(V,W,Cr)Cが被覆すること
によって超硬合金の強度が著しく向上するようになるこ
とは経験的に判明したものであり、またこの場合電子顕
微鏡による組織観察で、WCの全粒界長さの50%以上
が(V,W,Cr)Cで被覆されているのが望ましく、
さらに第一硬質分散相には、WCと、これの表面を被覆
する(V,W,Cr)Cとの共存によって耐摩耗性を一
段と向上させる作用があるが、その割合が65面積%未
満では、所望のすぐれた耐摩耗性を確保することができ
ず、一方その割合が92.5面積%を越えると相対的に
結合相の割合が少なくなりすぎて、強度が急激に低下す
るようになることから、その割合を65〜92.5面積
%、望ましくは80〜89面積%と定めた。
r)C)の割合 第二硬質分散相には、超硬合金の硬さをさらに一段と高
め、もって耐摩耗性を向上させる作用があるが、その割
合が0.5面積%未満では、所望の硬さ向上効果が得ら
れず、一方その割合が5面積%を越えると、強度が急激
に低下するようになることから、その割合を0.5〜5
面積%、望ましくは1〜3面積%と定めた。
度を向上させ、もってドリルの折損を抑制する作用をも
つが、その含有量が5%未満では細経化に対して十分な
耐折損性を確保することができず、一方その含有量が1
3%を越えると耐摩耗性の急激な低下が避けられないこ
とから、その含有量を5〜13%、望ましくは6〜10
%と定めた。
よび/または部分被覆薄層として析出する(V,W,C
r)Cを形成して強度向上および耐摩耗性向上に寄与す
るほか、さらに第二硬質分散相を形成して、耐摩耗性の
一段の向上に寄与し、かつ結合相中に固溶して、これの
耐熱性を向上させる作用があるが、その含有量が0.2
%未満では前記作用に所望の向上効果が得られず、一方
その含有量が2%を越えると、結合相中への固溶割合が
高くなりすぎ、強度低下の原因となることから、その含
有量を0.2〜2%、望ましくは0.3〜1.0%と定
めた。
度および耐摩耗性を向上させるほか、結合相中に固溶し
て、焼結時における上記第一および第二硬質分散相の粒
成長を抑制する作用があるが、その含有量が0.2%未
満では、硬質の(V,W,Cr)Cの形成が困難である
ばかりでなく、原料粉末であるWC粉末の平均粒径を
0.7μm以下にしても焼結時に粒成長して上記第一硬
質分散相が0.7μmを越えた平均粒径になってしま
い、また結合相中に析出した第二硬質分散相の成長抑制
効果も十分でなく、この結果所望の高強度を確保するこ
とができず、折損の発生を防止することができなくな
り、一方その含有量が1%を越えると結合相自体の強度
が低下し、折損が発生し易くなることから、その含有量
を0.2〜1%、望ましくは0.2〜0.5%と定め
た。
粒径 これらの平均粒径は、上記の通り原料粉末としてのWC
粉末の平均粒径およびV含有量によって調整するが、そ
の平均粒径が0.7μmを越えると、硬質分散相粒粗大
化に伴う強度低下が著しくなることから、その平均粒径
を0.7μm以下と定めた。
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、それぞれ平均粒径:0.8μmのWC粉
末、同1.5μmのVC粉末、同2.3μmのCr3 C
2 粉末、およびCo粉末を用意し、これら原料粉末を所
定の配合組成に配合し、湿式ボールミルで72時間混合
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、脱ワックスし
た状態で、0.05torrの真空雰囲気中、1350
〜1480℃の範囲内の所定の温度に1.5時間保持
後、雰囲気を圧力:60kg/cm2 の加圧雰囲気に変
え、この加圧雰囲気に25分間保持後、1200℃まで
を50〜100℃/minの範囲内の所定の冷却速度で
急冷の条件で焼結することにより超硬合金からなる直
径:3.5mmの長尺状焼結素材を製造し、この長尺状
焼結素材について、定量分析法にてCo、Cr、および
V成分の含有量を測定し、さらにその任意断面を透過型
電子顕微鏡およびエネルギー分散型X線分光装置を用い
て観察し、第一硬質分散相が被覆WC、第二硬質分散相
が(V,W,Cr)Cからなることを確認した上で、こ
れらの平均粒径を測定し、かつ画像解析装置にてその割
合を算出し、この結果表1に示される測定および算出結
果を示し、ついで前記長尺状焼結素材からそれぞれ表1
に示される寸法に切削加工することによりいずれも2枚
刃形状の本発明ミニチュアドリル1〜8をそれぞれ製造
した。また、比較の目的で、焼結条件を、0.05to
rrの真空雰囲気中、1350〜1480℃の範囲内の
所定の温度に1.5時間保持後、炉冷(この場合の12
00℃までの冷却速度は約10℃/min)とする以外
は同一の条件で表2に示される通りの従来ミニチュアド
リル1〜8をそれぞれ製造した。
1〜8および従来ミニチュアドリル1〜8について、ガ
ラス層とエポキシ樹脂層と銅層の交互6層積層板からな
る厚さ:1.6mmのプリント基板を2枚重ねにしたも
のに、表3に示される条件および試験本数:20本にて
穴あけ加工試験を行い、ミニチュアドリルの外周刃外径
寸法に5%の摩耗が生じる迄の穴あけ加工数および折損
数を測定した。これらの測定結果を表3に示したが、穴
あけ加工数は折損発生のないものの平均値で示した。
ュアドリル1〜8は、いずれも(V,W,Cr)Cの一
部をWCの全面被覆薄層および/または部分被覆薄層と
して析出させることによって、前記(V,W,Cr)C
が結合相中にのみ分散分布した従来ミニチュアドリル1
〜8に比して同等の耐摩耗性で、一段とすくれた耐折損
性を示すことが明らかである。上述のように、この発明
のミニチュアドリルは、細経化に十分満足に対応できる
高強度を有するので、例えば高集積化した半導体装置へ
の適用に際しても折損の発生なく、長期に亘ってすぐれ
た性能を発揮するものである。
電子顕微鏡による組織観察結果を示す模式図である。
子顕微鏡による組織観察結果を示す模式図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 電子顕微鏡による組織観察で、 第一硬質分散相:65〜92.5面積%、 第二硬質分散相:0.5〜5面積%、 Coを主体とする結合相および不可避不純物:残り、 からなる組織を示し、 上記第一硬質分散相は、炭化タングステンをVとWとC
rの析出複合炭化物の薄層で全面被覆および/または部
分被覆してなる被覆炭化タングステンからなり、上記第
二硬質分散相は、上記結合相中に微細に分散分布したV
とWとCrの析出複合炭化物からなり、かついずれも
0.7μm以下の平均粒径を有し、 さらにCo、Cr、およびVの含有量が、重量%で、 Co:5〜13%、 Cr:0.2〜2%、 V :0.2〜1%、である、炭化タングステン基超硬
合金で構成したことを特徴とする高強度を有する超硬合
金製ミニチュアドリル。
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JP16645598A JP3291562B2 (ja) | 1998-06-15 | 1998-06-15 | 高強度を有する超硬合金製ミニチュアドリル |
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Family Applications (1)
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