JP3519431B2 - 硬質炭素膜被覆ドリル - Google Patents
硬質炭素膜被覆ドリルInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超硬合金などを基材と
し、該基材の表面を硬質炭素膜で被覆してなるドリルに
おいて、特に刃先部を構成する逃げ面と掬い面の構成を
工夫することにより、該刃先部における炭素被覆の摩耗
および剥離を抑制し、優れた切削性能を長期的に発揮し
得る様に改善された硬質炭素膜被覆ドリルに関するもの
である。
し、該基材の表面を硬質炭素膜で被覆してなるドリルに
おいて、特に刃先部を構成する逃げ面と掬い面の構成を
工夫することにより、該刃先部における炭素被覆の摩耗
および剥離を抑制し、優れた切削性能を長期的に発揮し
得る様に改善された硬質炭素膜被覆ドリルに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】穴明け加工用ドリルとしては、従来から
超硬合金や各種セラミックスを基材とするドリル、ある
いはドリルの切削作用部にＴｉＮやＴｉＣ等の高硬度セ
ラミックスを被覆したドリル等が実用化されている。し
かしながら、近年切削加工に供される被削材はますます
高硬度化、難削化する傾向があり、上記の様な従来の工
具では対応困難な状況がしばしば生じている。
超硬合金や各種セラミックスを基材とするドリル、ある
いはドリルの切削作用部にＴｉＮやＴｉＣ等の高硬度セ
ラミックスを被覆したドリル等が実用化されている。し
かしながら、近年切削加工に供される被削材はますます
高硬度化、難削化する傾向があり、上記の様な従来の工
具では対応困難な状況がしばしば生じている。
【０００３】例えば、電子集積回路積層基板（プリント
基板）等の加工分野では、プリント基板の多層化や基板
の強度増大に伴って、例えば種々のガラス繊維による樹
脂強化がもたらす難削化が急速に進んでおり、これら難
削性素材に対応し得る様な耐摩耗性及び耐折損性に優れ
た小径ドリル（ミニチュアドリル）が切望されている。
基板）等の加工分野では、プリント基板の多層化や基板
の強度増大に伴って、例えば種々のガラス繊維による樹
脂強化がもたらす難削化が急速に進んでおり、これら難
削性素材に対応し得る様な耐摩耗性及び耐折損性に優れ
た小径ドリル（ミニチュアドリル）が切望されている。
【０００４】こうした要望に沿うため、穴明け加工時の
切削条件を工夫したり、ミニチュアドリルの一般的な基
材である超硬合金の組成を工夫するといった手段が講じ
られているが、これらの手段でも満足し得る様なドリル
寿命は得られていない。
切削条件を工夫したり、ミニチュアドリルの一般的な基
材である超硬合金の組成を工夫するといった手段が講じ
られているが、これらの手段でも満足し得る様なドリル
寿命は得られていない。
【０００５】こうした問題の改善策として、ドリルを構
成する基材の表面に各種の硬質膜を被覆する方法が検討
されている。中でも、ダイヤモンドに代表される硬質炭
素膜の気相合成の研究、並びにその切削工具等への応用
開発は近年活発に展開されている。これは、ダイヤモン
ドがＴｉＮ等の如き従来の金属化合物系硬質膜に比べて
高硬度且つ高熱伝導率を有しており、切削時の耐摩耗性
と放熱性に優れた特性を示すことによるものであって、
従来の金属化合物系硬質膜被覆工具では対応できない様
な難削材の加工や高速加工並びに精密加工を可能にする
被覆物質として注目されている。
成する基材の表面に各種の硬質膜を被覆する方法が検討
されている。中でも、ダイヤモンドに代表される硬質炭
素膜の気相合成の研究、並びにその切削工具等への応用
開発は近年活発に展開されている。これは、ダイヤモン
ドがＴｉＮ等の如き従来の金属化合物系硬質膜に比べて
高硬度且つ高熱伝導率を有しており、切削時の耐摩耗性
と放熱性に優れた特性を示すことによるものであって、
従来の金属化合物系硬質膜被覆工具では対応できない様
な難削材の加工や高速加工並びに精密加工を可能にする
被覆物質として注目されている。
【０００６】即ちドリルの切削作用部をダイヤモンド等
の硬質炭素膜で被覆することによって耐摩耗性を高めよ
うとする試みは、例えば特公昭６１−５０７２４号公
報、特開平２−４８１０６号公報、特開平４−２７５８
１２号公報、特開平４−２１０３１５号公報等に開示さ
れている。しかしそれらの開示技術でも、前述の様な難
削材に対する切削性能は必ずしも十分であるとは言えな
い。
の硬質炭素膜で被覆することによって耐摩耗性を高めよ
うとする試みは、例えば特公昭６１−５０７２４号公
報、特開平２−４８１０６号公報、特開平４−２７５８
１２号公報、特開平４−２１０３１５号公報等に開示さ
れている。しかしそれらの開示技術でも、前述の様な難
削材に対する切削性能は必ずしも十分であるとは言えな
い。
【０００７】その最大の問題点は炭素膜の剥離と摩耗で
ある。即ちダイヤモンドに代表される硬質炭素膜は、高
硬度であるが故に靭性に乏しく、切削時に膜−基材界面
に作用する衝撃力が基材に対する炭素膜の密着力を超え
ると、炭素膜は瞬時にして破壊もしくは剥離する。ま
た、基材と炭素膜との密着力を高めるため基材種類や前
処理等によって密着性を改善し、切削時の衝撃に耐え得
る密着力を持たせることも考えられるが、それでも依然
として膜摩耗の問題は解決できない。
ある。即ちダイヤモンドに代表される硬質炭素膜は、高
硬度であるが故に靭性に乏しく、切削時に膜−基材界面
に作用する衝撃力が基材に対する炭素膜の密着力を超え
ると、炭素膜は瞬時にして破壊もしくは剥離する。ま
た、基材と炭素膜との密着力を高めるため基材種類や前
処理等によって密着性を改善し、切削時の衝撃に耐え得
る密着力を持たせることも考えられるが、それでも依然
として膜摩耗の問題は解決できない。
【０００８】また、ダイヤモンド膜は非常に高硬度であ
り、その耐摩耗性は問題にならないと認識されがちであ
るが、非常に苛酷な条件下で使用されるドリルの切削作
用部に適用した場合、例えば高速回転下でプリント基板
の乾式切削を行なうミニチュアドリルなどでは、機械的
な摩耗だけではなく、切削時の摩擦によって生じる熱に
よって酸化摩耗することもあり、現実にはダイヤモンド
の硬さから期待されるほどの耐摩耗性が得られている訳
ではない。
り、その耐摩耗性は問題にならないと認識されがちであ
るが、非常に苛酷な条件下で使用されるドリルの切削作
用部に適用した場合、例えば高速回転下でプリント基板
の乾式切削を行なうミニチュアドリルなどでは、機械的
な摩耗だけではなく、切削時の摩擦によって生じる熱に
よって酸化摩耗することもあり、現実にはダイヤモンド
の硬さから期待されるほどの耐摩耗性が得られている訳
ではない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な事
情に着目してなされたものであって、その目的は、ダイ
ヤモンド等の硬質炭素膜の基材に対する耐剥離性および
耐摩耗性をドリル切削作用部の構造面から改善し、長期
に亘って優れた切削性能を維持し得る様な炭素膜被覆ド
リルを提供しようとするものである。
情に着目してなされたものであって、その目的は、ダイ
ヤモンド等の硬質炭素膜の基材に対する耐剥離性および
耐摩耗性をドリル切削作用部の構造面から改善し、長期
に亘って優れた切削性能を維持し得る様な炭素膜被覆ド
リルを提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成すること
のできた本発明の構成は、少なくとも切削作用部を硬質
炭素膜で被覆してなるドリルにおいて、切削作用部にお
ける逃げ面を、刃先に向けて逃げ角を順次大きくした少
なくとも３段以上の逃げ面で構成すると共に、刃先最先
端側逃げ面の幅を５０μｍ以下としたところに要旨が存
在する。ここで、刃先最先端の逃げ面における逃げ角度
は５５〜７５度の範囲が好ましく、またこうした構成
は、軸径が１．５ｍｍ以下であるミニチュアドリルに適
用することによってより効果的に発揮される。
のできた本発明の構成は、少なくとも切削作用部を硬質
炭素膜で被覆してなるドリルにおいて、切削作用部にお
ける逃げ面を、刃先に向けて逃げ角を順次大きくした少
なくとも３段以上の逃げ面で構成すると共に、刃先最先
端側逃げ面の幅を５０μｍ以下としたところに要旨が存
在する。ここで、刃先最先端の逃げ面における逃げ角度
は５５〜７５度の範囲が好ましく、またこうした構成
は、軸径が１．５ｍｍ以下であるミニチュアドリルに適
用することによってより効果的に発揮される。
【００１１】
【作用】ドリルの一般的形状・構造は図１（Ａ）（正面
図）、図１（Ｂ）（要部側面図）および図１（Ｃ）（Ｉ
−Ｉ線要部拡大断面図）に示す通りであり、図中Ａは切
削作用部、１は掬い面、２ｘは第１逃げ面、２ｙは第２
逃げ面、Ｂは基材、Ｃは硬質炭素膜を表している。
図）、図１（Ｂ）（要部側面図）および図１（Ｃ）（Ｉ
−Ｉ線要部拡大断面図）に示す通りであり、図中Ａは切
削作用部、１は掬い面、２ｘは第１逃げ面、２ｙは第２
逃げ面、Ｂは基材、Ｃは硬質炭素膜を表している。
【００１２】本発明者らは、この様な硬質炭素膜被覆ド
リルを用いた切削時における膜の剥離並びに摩耗状況に
ついて研究を進めた結果、次の様な知見を得た。即ち、
切削初期における炭素膜Ｃの摩耗は、図２（要部拡大断
面説明図）に示す如く切削作用部Ａの先端エッジ部（切
刃部）Ａ1 の外周に被覆される硬質炭素膜Ｃの外周面の
１点Ｒを起点として、一定の角度で矢印方向へ進行す
る。そして摩耗が進行して摩耗面が基材Ｂの切刃稜線に
達すると、膜／基材界面が露出し、その界面に切削時の
衝撃が直接加わって膜Ｃが破壊もしくは剥離する。
リルを用いた切削時における膜の剥離並びに摩耗状況に
ついて研究を進めた結果、次の様な知見を得た。即ち、
切削初期における炭素膜Ｃの摩耗は、図２（要部拡大断
面説明図）に示す如く切削作用部Ａの先端エッジ部（切
刃部）Ａ1 の外周に被覆される硬質炭素膜Ｃの外周面の
１点Ｒを起点として、一定の角度で矢印方向へ進行す
る。そして摩耗が進行して摩耗面が基材Ｂの切刃稜線に
達すると、膜／基材界面が露出し、その界面に切削時の
衝撃が直接加わって膜Ｃが破壊もしくは剥離する。
【００１３】ところで、切削時における上記摩耗面と掬
い面１とのなす角度θは、ドリル切削作用部の形状にか
かわらずほぼ一定であるのに対し、通常のドリルにおけ
る第１逃げ面２ｘと掬い面１とのなす角度（逃げ角度）
θ1 は、鋭利な切削効果を得るため比較的鋭角に形成さ
れているので、上記角度θは逃げ角度θ1 よりもかなり
大きくなっている。
い面１とのなす角度θは、ドリル切削作用部の形状にか
かわらずほぼ一定であるのに対し、通常のドリルにおけ
る第１逃げ面２ｘと掬い面１とのなす角度（逃げ角度）
θ1 は、鋭利な切削効果を得るため比較的鋭角に形成さ
れているので、上記角度θは逃げ角度θ1 よりもかなり
大きくなっている。
【００１４】ところが、本発明者らが上記角度θ、θ1
と前述の様な切刃部における硬質炭素膜Ｃの摩耗状況お
よび剥離状況との関係について種々研究を重ねた結果、
上記逃げ角度θ1 を摩耗面の角度θに近づけてやれば、
該炭素膜Ｃの摩耗、殊に初期摩耗の進行速度が著しく抑
制されると共に、該炭素膜Ｃの初期剥離を大幅に抑制し
得ることが確認された。
と前述の様な切刃部における硬質炭素膜Ｃの摩耗状況お
よび剥離状況との関係について種々研究を重ねた結果、
上記逃げ角度θ1 を摩耗面の角度θに近づけてやれば、
該炭素膜Ｃの摩耗、殊に初期摩耗の進行速度が著しく抑
制されると共に、該炭素膜Ｃの初期剥離を大幅に抑制し
得ることが確認された。
【００１５】具体的には、例えば図３に示す如く従来の
第１逃げ面２ｘの先端側を斜め方向に切削もしくは研磨
し、逃げ面を、刃先に向けて逃げ角を順次大きくした少
なくとも３段以上の逃げ面で構成することとし、掬い面
１に対し前記第１逃げ面２ｘの逃げ角度θ1 よりも鈍角
のθ2 で交わる先端逃げ面２ｚを形成し（即ち、切削作
用部Ａにおける逃げ面を従来の２面構成に対して、刃先
に向けて逃げ角を順次大きくした少なくとも３段以上の
逃げ面で構成し）、それにより切刃稜部Ａ1 における掬
い面１とのなす逃げ角度θ2 を前記摩耗面と掬い面１と
のなす角度θに近づけてやれば、切削作用部Ａにおける
硬質炭素膜Ｃの摩耗および初期剥離が大幅に抑制される
ことをつきとめた。
第１逃げ面２ｘの先端側を斜め方向に切削もしくは研磨
し、逃げ面を、刃先に向けて逃げ角を順次大きくした少
なくとも３段以上の逃げ面で構成することとし、掬い面
１に対し前記第１逃げ面２ｘの逃げ角度θ1 よりも鈍角
のθ2 で交わる先端逃げ面２ｚを形成し（即ち、切削作
用部Ａにおける逃げ面を従来の２面構成に対して、刃先
に向けて逃げ角を順次大きくした少なくとも３段以上の
逃げ面で構成し）、それにより切刃稜部Ａ1 における掬
い面１とのなす逃げ角度θ2 を前記摩耗面と掬い面１と
のなす角度θに近づけてやれば、切削作用部Ａにおける
硬質炭素膜Ｃの摩耗および初期剥離が大幅に抑制される
ことをつきとめた。
【００１６】これは、先端逃げ面２ｚ（本来ＪＩＳ規格
によれば、切刃稜線に近い側から逃げ面を、第１逃げ
面、第２逃げ面と規定すべきであるが、本件では、本発
明を明確に説明するため、“先端逃げ面”を定義した）
の逃げ角度θ2 を、摩耗面と掬い面１とのなす角度θに
近づけると、図３に示す如く切削の初期から炭素膜Ｃと
被削材との接触面積が大きくなるため、前記図２に示し
た様に切削開始点Ｒ上の１点を通る線上から切削が開始
される場合に比べて、切削初期に炭素膜Ｃにかかる衝撃
が大幅に緩和され、該炭素膜Ｃの初期摩耗が抑制される
ためと考えられる。しかも、切削力は基材Ｂと炭素膜Ｃ
の接合面に対して平行に近い方向に作用することにな
り、その結果、炭素膜Ｃに対し剥離方向に作用する力が
軽減され、該炭素膜Ｃの初期剥離も大幅に抑制されるも
のと考えられる。
によれば、切刃稜線に近い側から逃げ面を、第１逃げ
面、第２逃げ面と規定すべきであるが、本件では、本発
明を明確に説明するため、“先端逃げ面”を定義した）
の逃げ角度θ2 を、摩耗面と掬い面１とのなす角度θに
近づけると、図３に示す如く切削の初期から炭素膜Ｃと
被削材との接触面積が大きくなるため、前記図２に示し
た様に切削開始点Ｒ上の１点を通る線上から切削が開始
される場合に比べて、切削初期に炭素膜Ｃにかかる衝撃
が大幅に緩和され、該炭素膜Ｃの初期摩耗が抑制される
ためと考えられる。しかも、切削力は基材Ｂと炭素膜Ｃ
の接合面に対して平行に近い方向に作用することにな
り、その結果、炭素膜Ｃに対し剥離方向に作用する力が
軽減され、該炭素膜Ｃの初期剥離も大幅に抑制されるも
のと考えられる。
【００１７】この様に図示例では、従来は２つの面で構
成されるていた逃げ面を３つの面で構成し、換言すると
従来の第１逃げ面の先端側に、掬い面１に対して鈍角で
交わる先端逃げ面２ｚを形成し、それにより前記摩耗面
と掬い面１とのなす角度θに近づけたが、同様の目的で
逃げ面を更に増やして４面以上で構成することも勿論可
能である。但し、該先端逃げ面２ｚの角度θ2 が前記研
磨面のなす角度θよりも大きくなると、切削作用部の切
れ味が低下して切削加工精度に悪影響が現われるので、
該角度θ2 は摩耗面と掬い面１となす角度θよりも小さ
くすべきであり、好ましくは該角度θ2 を５５〜７５度
の範囲にすることが望まれる。また先端逃げ面２ｚの幅
が広くなり過ぎても、切削作用部の切れ味が低下して切
削加工精度が悪くなる傾向が現われてくる。該先端逃げ
面２ｚの好ましい幅は、ドリルのサイズによっても変わ
ってくるので一律に決めることはできないが、例えば軸
径が１．５ｍｍ程度以下のミニチュアドリルにおける好
ましい幅は５０μｍ程度以下である。
成されるていた逃げ面を３つの面で構成し、換言すると
従来の第１逃げ面の先端側に、掬い面１に対して鈍角で
交わる先端逃げ面２ｚを形成し、それにより前記摩耗面
と掬い面１とのなす角度θに近づけたが、同様の目的で
逃げ面を更に増やして４面以上で構成することも勿論可
能である。但し、該先端逃げ面２ｚの角度θ2 が前記研
磨面のなす角度θよりも大きくなると、切削作用部の切
れ味が低下して切削加工精度に悪影響が現われるので、
該角度θ2 は摩耗面と掬い面１となす角度θよりも小さ
くすべきであり、好ましくは該角度θ2 を５５〜７５度
の範囲にすることが望まれる。また先端逃げ面２ｚの幅
が広くなり過ぎても、切削作用部の切れ味が低下して切
削加工精度が悪くなる傾向が現われてくる。該先端逃げ
面２ｚの好ましい幅は、ドリルのサイズによっても変わ
ってくるので一律に決めることはできないが、例えば軸
径が１．５ｍｍ程度以下のミニチュアドリルにおける好
ましい幅は５０μｍ程度以下である。
【００１８】本発明に係るドリルの切削作用部Ａ外面に
被覆される硬質炭素膜Ｃは、通常の走査型電子顕微鏡、
透過型電子顕微鏡、Ｘ線回折あるいは電子線回折等の機
器分析手法で炭素質微粒子の集合体として確認し得るも
のであり、該炭素質微粒子の結晶構造は主として結晶質
のダイヤモンド構造を有するものである。但し、本発明
における上記硬質炭素膜Ｃは全てが結晶質のダイヤモン
ド微粒子で構成されていなければならない訳ではなく、
非晶質のダイヤモンドやグラファイトとの混合物、ある
いは実質的に炭素質とは言えない微量添加金属成分等を
少量含むものであっても構わない。
被覆される硬質炭素膜Ｃは、通常の走査型電子顕微鏡、
透過型電子顕微鏡、Ｘ線回折あるいは電子線回折等の機
器分析手法で炭素質微粒子の集合体として確認し得るも
のであり、該炭素質微粒子の結晶構造は主として結晶質
のダイヤモンド構造を有するものである。但し、本発明
における上記硬質炭素膜Ｃは全てが結晶質のダイヤモン
ド微粒子で構成されていなければならない訳ではなく、
非晶質のダイヤモンドやグラファイトとの混合物、ある
いは実質的に炭素質とは言えない微量添加金属成分等を
少量含むものであっても構わない。
【００１９】該硬質炭素膜の厚みは、寿命の観点からす
ると厚肉の方が好ましい。これは、図２，３の例からも
明らかである様に、摩耗面が膜／基材界面に到達するま
での時期は、該膜厚が大きくなるほど遅れるからであ
る。但し、この膜厚は加工精度にも影響を及ぼし、該炭
素膜が厚くなるにつれて刃先部の鋭利度は低下してくる
ので、十分な切削効果を維持しつつ優れた耐摩耗性を得
るには、該炭素膜Ｃの被覆厚を５〜３０μｍ程度とする
のがよい。
ると厚肉の方が好ましい。これは、図２，３の例からも
明らかである様に、摩耗面が膜／基材界面に到達するま
での時期は、該膜厚が大きくなるほど遅れるからであ
る。但し、この膜厚は加工精度にも影響を及ぼし、該炭
素膜が厚くなるにつれて刃先部の鋭利度は低下してくる
ので、十分な切削効果を維持しつつ優れた耐摩耗性を得
るには、該炭素膜Ｃの被覆厚を５〜３０μｍ程度とする
のがよい。
【００２０】また、炭素膜Ｃの形成方法についても特に
限定されないが、一般的なのは例えばマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法、熱フィラメント法、高周波プラズマＣＶＤ
法、イオンビーム法等の気相合成法である。この合成に
用いる原料ガスとしては、メタン、エタン等炭化水素系
ガスの他、メタノール、エタノール等のアルコール系ガ
ス、或は一酸化炭素等の酸化炭素系ガス等を用いること
ができ、通常はこれら炭素含有ガスと水素との混合ガス
が用いられる。また、ドリルの基材を構成する素材とし
ては、超硬合金の他、各種セラミックスを用いることが
可能である。
限定されないが、一般的なのは例えばマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法、熱フィラメント法、高周波プラズマＣＶＤ
法、イオンビーム法等の気相合成法である。この合成に
用いる原料ガスとしては、メタン、エタン等炭化水素系
ガスの他、メタノール、エタノール等のアルコール系ガ
ス、或は一酸化炭素等の酸化炭素系ガス等を用いること
ができ、通常はこれら炭素含有ガスと水素との混合ガス
が用いられる。また、ドリルの基材を構成する素材とし
ては、超硬合金の他、各種セラミックスを用いることが
可能である。
【００２１】
【実施例】次に本発明の実施例を示すが、本発明はもと
より下記実施例によって制限を受けるものではなく、前
後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施
することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の
技術的範囲に含まれる。
より下記実施例によって制限を受けるものではなく、前
後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施
することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の
技術的範囲に含まれる。
【００２２】実施例１
Ｋ種超硬合金（バインダ成分：Ｃｏ、ＴａＣ）を基材と
し、表１に示す５種類の刃部形状のドリルを作製した。
尚、これらの軸径並びに軸長はいずれも２．０ｍｍφ，
２０ｍｍとした。次に、これら各ドリルの切削作用部を
含めた表面に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により励起
したメタン−水素混合ガスを接触させて炭素膜を被覆し
た。この時のメタン濃度、ガス圧力及び反応時間はそれ
ぞれ３％，４０ｔｏｒｒ及び１２時間とした。尚、いず
れの場合も炭素膜被覆前にダイヤモンド砥粒（平均粒径
約０．５μｍ）を含むエタノール懸濁液中で超音波処理
を施した。炭素膜被覆後のＳＥＭ並びにラマン分光分析
の結果、いずれのドリルの場合も炭素膜は軸先端から約
８ｍｍの領域にまで被覆されており、軸先端部はダイヤ
モンドを主体とし、一部非結晶性ダイヤモンドを含むも
のであった。また、レーザーによる軸径測定の結果、炭
素膜の厚さは軸先端部でいずれも約１１μｍであった。
し、表１に示す５種類の刃部形状のドリルを作製した。
尚、これらの軸径並びに軸長はいずれも２．０ｍｍφ，
２０ｍｍとした。次に、これら各ドリルの切削作用部を
含めた表面に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により励起
したメタン−水素混合ガスを接触させて炭素膜を被覆し
た。この時のメタン濃度、ガス圧力及び反応時間はそれ
ぞれ３％，４０ｔｏｒｒ及び１２時間とした。尚、いず
れの場合も炭素膜被覆前にダイヤモンド砥粒（平均粒径
約０．５μｍ）を含むエタノール懸濁液中で超音波処理
を施した。炭素膜被覆後のＳＥＭ並びにラマン分光分析
の結果、いずれのドリルの場合も炭素膜は軸先端から約
８ｍｍの領域にまで被覆されており、軸先端部はダイヤ
モンドを主体とし、一部非結晶性ダイヤモンドを含むも
のであった。また、レーザーによる軸径測定の結果、炭
素膜の厚さは軸先端部でいずれも約１１μｍであった。
【００２３】
【表１】
【００２４】次に、これら５種類のドリルを使用し、Ａ
ｌ合金の穴明け試験を行なった。被削材としてはＡｌ−
１６％Ｓｉ合金を用い、加工条件は回転数12,000ｒｐ
ｍ、送り速度１．４ｍ／ｍｉｎ、加工深さ６ｍｍとし
た。
ｌ合金の穴明け試験を行なった。被削材としてはＡｌ−
１６％Ｓｉ合金を用い、加工条件は回転数12,000ｒｐ
ｍ、送り速度１．４ｍ／ｍｉｎ、加工深さ６ｍｍとし
た。
【００２５】その結果、Ｎo.２〜４（実施例）では加工
数１万穴を経過しても膜の剥離等の損傷は見られず、逃
げ面の摩耗幅は３０μｍ以下であったのに対し、Ｎo.１
では加工数２０００穴で逃げ面の摩耗幅が約３０μｍに
達し、加工数約３０００穴で刃先の外周コーナー部に膜
の剥離が認められ、また、Ｎo.５では研削の初期から面
粗さが非常に悪く、使用に耐えないものであった。
数１万穴を経過しても膜の剥離等の損傷は見られず、逃
げ面の摩耗幅は３０μｍ以下であったのに対し、Ｎo.１
では加工数２０００穴で逃げ面の摩耗幅が約３０μｍに
達し、加工数約３０００穴で刃先の外周コーナー部に膜
の剥離が認められ、また、Ｎo.５では研削の初期から面
粗さが非常に悪く、使用に耐えないものであった。
【００２６】実施例２
Ｋ種超硬合金（バインダ成分：Ｃｏ，ＶＣ，Ｃｒ3 Ｃ
2 ）を母材とし、表２に示す７種類の刃部形状のドリル
を作製した。尚、これらの軸径並びに軸長はいずれもφ
１．０ｍｍ，８ｍｍとした。次に、これらのドリルの切
削作用部を含む表面に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法に
より励起したメタン−水素混合ガスを接触させて炭素膜
を被覆した。この時のメタン濃度、ガス圧力及び反応時
間はそれぞれ２％，３０ｔｏｒｒ及び１０時間とした。
尚、いずれの場合も炭素膜被覆前にダイヤモンド砥粒
（平均粒径約０．５μｍ）を含むエタノール懸濁液中で
超音波処理を施した。炭素膜被覆後のＳＥＭ並びにラマ
ン分光分析の結果、いずれのドリルにおいても炭素膜は
軸先端から約５ｍｍの領域まで被覆されており、軸先端
部はダイヤモンドを主体とし、一部非結晶性ダイヤモン
ドを含む膜が合成されていた。また、レーザーによる軸
径測定の結果、被覆膜の膜厚は軸先端部でいずれも約１
０μｍであった。
2 ）を母材とし、表２に示す７種類の刃部形状のドリル
を作製した。尚、これらの軸径並びに軸長はいずれもφ
１．０ｍｍ，８ｍｍとした。次に、これらのドリルの切
削作用部を含む表面に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法に
より励起したメタン−水素混合ガスを接触させて炭素膜
を被覆した。この時のメタン濃度、ガス圧力及び反応時
間はそれぞれ２％，３０ｔｏｒｒ及び１０時間とした。
尚、いずれの場合も炭素膜被覆前にダイヤモンド砥粒
（平均粒径約０．５μｍ）を含むエタノール懸濁液中で
超音波処理を施した。炭素膜被覆後のＳＥＭ並びにラマ
ン分光分析の結果、いずれのドリルにおいても炭素膜は
軸先端から約５ｍｍの領域まで被覆されており、軸先端
部はダイヤモンドを主体とし、一部非結晶性ダイヤモン
ドを含む膜が合成されていた。また、レーザーによる軸
径測定の結果、被覆膜の膜厚は軸先端部でいずれも約１
０μｍであった。
【００２７】
【表２】
【００２８】次に、これら７種類のドリルを用い、プリ
ント基板の穴明け試験を行なった。被削材としては、厚
み１．５ｍｍのエポキシ樹脂製基板（４層板，Ｃｕ厚
み；内層７０μｍ，外層１８μｍ）を３枚重ねにした合
板を用い、エントリーボードとして厚さ０．２０ｍｍの
Ａｌ板を使用した。また、加工条件は回転数70,000ｒｐ
ｍ、送り速度３ｍ／ｍｉｎとした。
ント基板の穴明け試験を行なった。被削材としては、厚
み１．５ｍｍのエポキシ樹脂製基板（４層板，Ｃｕ厚
み；内層７０μｍ，外層１８μｍ）を３枚重ねにした合
板を用い、エントリーボードとして厚さ０．２０ｍｍの
Ａｌ板を使用した。また、加工条件は回転数70,000ｒｐ
ｍ、送り速度３ｍ／ｍｉｎとした。
【００２９】その結果は表３に示す通りであり、Ｎo.３
〜６（実施例）では、加工数１０万ヒットを経過しても
膜の剥離等の損傷は見られなかったのに対し、Ｎo.１，
２ではそれぞれ加工数３千ヒットおよび１万ヒット以下
で切れ刃綾部の膜が剥離し、Ｎo.７では面粗さが非常に
悪化し、使用に耐えないものであった。また、Ｎo.３と
Ｎo.４〜６を比較すれば明らかである様に、先端逃げ面
の幅を５０μｍ以下にすると、加工精度、とりわけ面粗
さが向上している。
〜６（実施例）では、加工数１０万ヒットを経過しても
膜の剥離等の損傷は見られなかったのに対し、Ｎo.１，
２ではそれぞれ加工数３千ヒットおよび１万ヒット以下
で切れ刃綾部の膜が剥離し、Ｎo.７では面粗さが非常に
悪化し、使用に耐えないものであった。また、Ｎo.３と
Ｎo.４〜６を比較すれば明らかである様に、先端逃げ面
の幅を５０μｍ以下にすると、加工精度、とりわけ面粗
さが向上している。
【００３０】
【表３】
【００３１】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、ド
リルにおける特に刃先部の逃げ面と掬い面の構成を工夫
することにより、該刃先部における炭素被覆の耐剥離性
を高めると共に耐摩耗性を高めることができ、優れた切
削性能を長期的に発揮し得る高性能のドリルを提供し得
ることになった。
リルにおける特に刃先部の逃げ面と掬い面の構成を工夫
することにより、該刃先部における炭素被覆の耐剥離性
を高めると共に耐摩耗性を高めることができ、優れた切
削性能を長期的に発揮し得る高性能のドリルを提供し得
ることになった。
【図１】ドリルの構造を示す説明図である。
【図２】従来のドリルにおける刃先部の摩耗状況を示す
要部拡大断面説明図である。
要部拡大断面説明図である。
【図３】本発明に係るドリルにおける刃先部の摩耗状況
を示す要部拡大断面説明図である。
を示す要部拡大断面説明図である。
Ａ 切削作用部
Ｂ 基材
Ｃ 硬質炭素膜
１ 掬い面
２ｘ 第１逃げ面
２ｙ 第２逃げ面
２ｚ 先端逃げ面
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−210315（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−71714（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23B 51/00
Claims (3)
- 【請求項１】少なくとも切削作用部を硬質炭素膜で被覆
してなるドリルにおいて、切削作用部における逃げ面
を、刃先に向けて逃げ角を順次大きくした少なくとも３
段以上の逃げ面で構成すると共に、刃先最先端側逃げ面
の幅を５０μｍ以下としたことを特徴とする硬質炭素膜
被覆ドリル。 - 【請求項２】 刃先最先端の逃げ面における逃げ角度が
５５〜７５度である請求項１に記載の硬質炭素膜被覆ド
リル。 - 【請求項３】 軸径が１．５ｍｍ以下である請求項１ま
たは２記載の硬質炭素膜被覆ドリル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22870293A JP3519431B2 (ja) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | 硬質炭素膜被覆ドリル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22870293A JP3519431B2 (ja) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | 硬質炭素膜被覆ドリル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0780715A JPH0780715A (ja) | 1995-03-28 |
| JP3519431B2 true JP3519431B2 (ja) | 2004-04-12 |
Family
ID=16880469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22870293A Expired - Lifetime JP3519431B2 (ja) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | 硬質炭素膜被覆ドリル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3519431B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5899905B2 (ja) * | 2010-12-26 | 2016-04-06 | 三菱マテリアル株式会社 | 炭素膜被覆ドリルおよびその製造方法 |
| JP5590326B2 (ja) * | 2011-01-05 | 2014-09-17 | 三菱マテリアル株式会社 | ダイヤモンド被覆超硬合金製ドリル |
| JP5851802B2 (ja) | 2011-03-30 | 2016-02-03 | 富士重工業株式会社 | 炭素繊維強化樹脂複合材用ドリル |
| JP6652496B2 (ja) * | 2014-10-24 | 2020-02-26 | 京セラ株式会社 | ドリルおよびそれを用いた切削加工物の製造方法 |
-
1993
- 1993-09-14 JP JP22870293A patent/JP3519431B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0780715A (ja) | 1995-03-28 |
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