JP4782222B2 - 穴明け工具用非晶質炭素皮膜及び穴明け工具 - Google Patents

Description

本発明は、電子回路基板などの非鉄系被削材の穴明け加工等に使用する穴明け工具に被覆する非晶質炭素皮膜及び穴明け工具に関するものである。

従来、金属切削用工具に被覆する硬質耐摩耗皮膜としてＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等が使用されている。

特に、特許文献１，２に代表されるＴｉＡｌＮ系皮膜はＴｉＮにＡｌを添加することで硬度と耐熱性を改良したもので、耐摩耗性の良さから焼入れ鋼を含む鉄鋼材料を加工するための穴明け工具用硬質皮膜として広く用いられている。

また、最近ではアルミ合金やチタン、マグネシウム、銅などの非鉄系被削材向けに耐摩耗性と耐溶着性を有する皮膜として非晶質炭素皮膜が実用化され、ドリルやエンドミル、刃先交換型切削チップなどの切削工具に被覆されて用いられている。

特開昭６２−５６５６５号公報 特開平２−１９４１５９号公報

ところで、電子回路基板（プリント回路基板）はガラス繊維、樹脂、銅箔などから構成される一種の複合構造材であり、回路の製造工程で多くの穴あけ加工（ドリリング）が施される。最近の電子回路基板は電気特性の向上とともにドリリングし難い材料（難削材料）が多くなってきており、また、回路密度の向上に伴って、より細い直径サイズのドリルが要求されてきている。

そのため、近年では特に直径０．２５ｍｍ以下の小径ドリルを用いたドリリングにおいて耐折損性の向上が課題である。

そこで、本発明者等は、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮなどの種々の窒化物系セラミックス皮膜をドリルに被覆して電子回路基板のドリリングを試みたが、ノンコートのドリルに対して耐折損性の向上効果を認めることができなかった。

一方、非晶質炭素皮膜をドリルに被覆した電子回路基板のドリリングではノンコートのドリルに対して耐折損性の向上が確認できたが、必ずしも充分とはいえず、従来の非晶質炭素皮膜よりもさらに耐折損性向上の余地がある。

また、従来の非晶質炭素皮膜は、ドリル外周部の円周方向で膜厚を一定にする必要があり、ドリル外周部の円周方向でムラなく成膜を行うために、例えば図１に図示したように、コーティング室21の左右に該コーティング室21に向かって材料を発射する炭素蒸発源22及び金属蒸発源23が設けられ、コーティング室21内に、ドリルシャンクセット用穴25が穿設されるドリルセット用の皿冶具24を複数設けた公転テーブル26を有するアークイオンプレーティング方式の成膜装置を用い、公転テーブル26により皿冶具24を公転させる（ａ）と共に皿冶具24を自転させ（ｂ）、更に皿冶具24上のドリルを夫々自転させて（ｃ）成膜を行っている。図中、符号27は真空排気ユニットである。

しかしながら、この場合、各皿冶具24のドリルシャンクセット用穴25の近傍にドリルを自転させるためのドリル自転機構を設ける必要があることから、ドリルシャンクセット用穴25の間隔を広く取らなければならず、ドリルを皿冶具24の半径方向に一列しか配置できない。従って、一度に成膜装置にセットできるドリルの本数は少なく、結果として、非晶質炭素皮膜被覆ドリルの価格が高くなってしまう問題もある。

本発明は、本発明者等が非晶質炭素皮膜成膜時のドリル姿勢と皮膜のラマン散乱分光分析値や皮膜厚さについて研究し、これらの値をドリル外周部の円周方向で偏差をつけるように制御することで上記課題を解決できるとの知見を得て完成したもので、電子回路基板などの非鉄系被削材の穴明けにおける耐折損性を向上させ、しかも、安価に成膜することが可能な極めて実用性に秀れた穴明け工具用非晶質炭素皮膜及び穴明け工具を提供するものである。

本発明の要旨を説明する。

基材上に形成される穴明け工具用非晶質炭素皮膜であって、この非晶質炭素皮膜は、皮膜厚さが工具外周部の円周方向位置で異なり、また、波長５３２ｎｍのレーザー光を用いてラマン散乱分光分析を行った際、ラマンシフト１３３０〜１３６０ｃｍ^−１付近のピーク強度Ｉ_Ｄとラマンシフト１５３０〜１５６０ｃｍ^−１付近のピーク強度Ｉ_Ｇとの比Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値が工具外周部の円周方向位置で異なり、このＩ_Ｄ／Ｉ_Ｇの円周方向での最大値を（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍａｘ、最小値を（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎとしたとき、下記の関係式（１）及び（２）が成り立つことを特徴とする穴明け工具用非晶質炭素皮膜に係るものである。
記
式（１）：（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎ＜０．４
式（２）：１＜（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍａｘ／（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎ＜２

また、請求項１記載の穴明け工具用非晶質炭素皮膜において、前記皮膜厚さの円周方向での最大値をｈ_ｍａｘ、最小値をｈ_ｍｉｎとしたとき、下記の関係式（３）及び（４）が成り立つことを特徴とする穴明け工具用非晶質炭素皮膜に係るものである。
記
式（３）：１００ｎｍ≦ｈ_ｍａｘ≦１０００ｎｍ
式（４）：０．３≦ｈ_ｍｉｎ／ｈ_ｍａｘ≦０．９

また、請求項１，２いずれか１項に記載の穴明け工具用非晶質炭素皮膜において、この非晶質炭素皮膜の工具外周部の円周方向におけるＩ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値が最小になる位置と皮膜厚さが最大になる位置との角度偏差が±９０度以内であることを特徴とする穴明け工具用非晶質炭素皮膜に係るものである。

また、請求項１〜３いずれか１項に記載の穴明け工具用非晶質炭素皮膜において、この非晶質炭素皮膜は、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族及びＳｉから選択される１種若しくは２種以上の元素から成る金属若しくは半金属から成り、膜厚が２００ｎｍ以下で基材直上に形成される下層皮膜層の上に形成されていることを特徴とする穴明け工具用非晶質炭素皮膜に係るものである。

また、請求項１〜３いずれか１項に記載の穴明け工具用非晶質炭素皮膜において、この非晶質炭素皮膜は、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族及びＳｉから選択される１種若しくは２種以上の元素と窒素及び炭素から選択される１種以上の元素との化合物から成り、膜厚が２００ｎｍ以下で基材直上に形成される下層皮膜層の上に形成されていることを特徴とする穴明け工具用非晶質炭素皮膜に係るものである。

また、請求項１〜５いずれか１項に記載の穴明け工具用非晶質炭素皮膜が被覆されていることを特徴とする穴明け工具に係るものである。

また、請求項６記載の穴明け工具であって、直径が０．２５ｍｍ以下０．０１ｍｍ以上であることを特徴とする穴明け工具に係るものである。

また、請求項６，７いずれか１項に記載の穴明け工具において、工具先端部に前記非晶質炭素皮膜が付着していないことを特徴とする穴明け工具に係るものである。

また、請求項６〜８いずれか１項に記載の穴明け工具において、基材がＷＣを主成分とする硬質粒子とＣｏを主成分とする結合材から成る超硬合金製であり、この超硬合金のＷＣ粒子の平均粒径が０．１μｍ〜２μｍでありＣｏ含有量が重量％で５〜１５％であることを特徴とする穴明け工具に係るものである。

また、請求項６〜９いずれか１項に記載の穴明け工具において、被削材が電子回路基板または半導体パッケージ基板であることを特徴とする穴明け工具に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、電子回路基板などの非鉄系被削材の穴明けにおける耐折損性を向上させ、しかも、安価に成膜することが可能な極めて実用性に秀れた穴明け工具用非晶質炭素皮膜及び穴明け工具となる。

従来の成膜方法を説明する概略説明図である。 本実施例の概略説明側面図である。 本実施例の成膜方法を説明する概略説明図である。 実験結果を示す表である。

好適と考える本発明の実施形態を本発明の作用を示して簡単に説明する。

工具外周部の円周方向位置でＩ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値が異なり、（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎ＜０．４、且つ、１＜（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍａｘ／（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎ＜２の関係が成り立つ非晶質炭素皮膜が形成された穴明け工具により、例えば電子回路基板等の非鉄系被削材を穴明け加工する。

この際、上記関係が成り立つ非晶質炭素皮膜は、従来の工具外周部の円周方向で膜厚及びＩ_Ｄ／Ｉ_Ｇが一定の非晶質炭素膜に比し、穴明け工具の耐折損性を向上させ（後述の実施例参照）、小径の穴明け工具であっても電子回路基板等の難削材料に対して良好に穴明け加工を施すことができる。

また、工具外周部の円周方向位置でＩ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値を異ならせるため、工具自身は自転させないで成膜することができれば、それだけ簡易な構成の成膜装置を用いて安価に成膜することが可能となる。

よって、本発明は、従来の非晶質炭素皮膜に比し工具の耐折損性を向上させることが可能で、しかも、安価に成膜することが可能な非晶質炭素皮膜となる。

本発明の具体的な実施例について図２〜４に基づいて説明する。

本実施例は、波長５３２ｎｍのレーザー光を用いてラマン散乱分光分析を行った際、ラマンシフト１３３０〜１３６０ｃｍ^−１付近のピーク強度Ｉ_Ｄとラマンシフト１５３０〜１５６０ｃｍ^−１付近のピーク強度Ｉ_Ｇとの比Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値が工具外周部の円周方向位置で異なり、このＩ_Ｄ／Ｉ_Ｇの円周方向での最大値を（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍａｘ、最小値を（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎとしたとき、（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎ＜０．４、且つ、１＜（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍａｘ／（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎ＜２の関係が成り立つ非晶質炭素皮膜が基材上に形成された穴明け工具である。

この穴明け工具１（ドリル）は、図２に図示したように、切り屑排出溝12が形成されるボディ部２とシャンク部３とから成る一般的な形状であり、少なくともボディ部２の切り屑排出溝12及び外周部13に非結晶炭素皮膜が形成されている。

また、本実施例の穴明け工具１の基材としては、ＷＣを主成分とする硬質粒子とＣｏを主成分とする結合材から成る超硬合金製であり、この超硬合金のＷＣ粒子の平均粒径が０．１μｍ〜２μｍでありＣｏ含有量が重量％で５〜１５％であるものが採用されている。また、本実施例は、工具直径（ボディ部２の直径）が０．２５ｍｍ以下０．０１ｍｍ以上であって、電子回路基板または半導体パッケージ基板の穴明け加工に用いられるものである。

また、本実施例の非晶質炭素皮膜の皮膜厚さは工具外周部の円周方向位置で異なり、この皮膜厚さの円周方向での最大値をｈ_ｍａｘ、最小値をｈ_ｍｉｎとしたとき、１００ｎｍ≦ｈ_ｍａｘ≦１０００ｎｍ、且つ、０．３≦ｈ_ｍｉｎ／ｈ_ｍａｘ≦０．９の関係が成り立つように構成されている。また、この非晶質炭素皮膜の工具外周部の円周方向でＩ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値が最小になる位置と皮膜厚さが最大になる位置との角度偏差が±９０度以内となるように設定されている。

尚、本実施例においては、非晶質炭素皮膜は基材直上に形成しているが、例えば、基材直上に、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族及びＳｉから選択される１種若しくは２種以上の元素からなる金属若しくは半金属から成り、膜厚が２００ｎｍ以下である下層皮膜層（下地膜）を形成し、この下層皮膜層の上に前記非晶質炭素皮膜を形成する構成としても良い。また、下層皮膜層としては、上記構成に限らず、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族及びＳｉから選択される１種若しくは２種以上の元素と窒素及び炭素から選択される１種以上の元素との化合物から成るものを採用しても良い。

以下、本実施例について更に説明する。

先ず、非晶質炭素皮膜とラマン散乱分光分析について述べる。ラマン散乱分光分析法は非晶質炭素皮膜の評価法として良く用いられている手法で、１３３０〜１３６０ｃｍ^−１付近に中心周波数を有するＤバンドと１５３０〜１５６０ｃｍ^−１付近に中心周波数を有するＧバンドとが組み合わされたスペクトル波形を取る。このスペクトル波形をＤピークとＧピークとの２つのガウス分布を有するピーク波形の重ね合わせと仮定したときのそれぞれのピーク強度Ｉ_Ｄ及びＩ_Ｇの比Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値が非晶質炭素皮膜の評価値として良く用いられる（参考文献 例えば、大竹他：ＤＬＣの応用技術，シーエムシー出版，（２００７）２４）。

本発明者等は種々の成膜条件でドリルに非晶質炭素皮膜を被覆し、そのドリルを用いて電子回路基板にドリリング実験を実施したところ、Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値が小さいほどドリルの耐折損性が向上することを見出した。さらに、成膜時に炭素イオンの入射方向に対して直交させてドリルを配置するとき、ドリルを固定させて成膜するとドリル外周部の炭素イオン入射側にだけ非晶質炭素皮膜が成膜されるが、そのときのＩ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値がドリルを自転させて成膜したときのＩ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値よりも小さくなることを発見した。しかし、固定させて成膜したドリルを用いて電子回路基板にドリリングしたところ、炭素イオン入射と反対側のドリル外周部に皮膜が形成されていないためか、自転させて成膜したドリルに比べて耐折損性が劣っていた。

図１に実験で用いた成膜装置の模式図を示す。実験ではアークイオンプレーティング方式の成膜装置を用いたが、スパッタリング方式やレーザーアブレーション方式などのＰＶＤ成膜装置を使っても良い。成膜装置はコーティング室21、炭素蒸発源22、金属蒸発源23、真空排気ユニット27から構成され、Ａｒボンバード機能を備えている。炭素イオンは炭素蒸発源22からコーティング室21に向かって発射される。ドリルはドリルセット用の皿冶具24にセットされる。

皿冶具24にはドリルのシャンクを挿入するためのドリルシャンクセット用穴25が穿設してあり、このドリルシャンクセット用穴25にシャンクを下側にしてドリルを挿入する。皿冶具24は公転テーブル26の上に組みつけられている。この成膜装置は、通常、ドリル外周部の円周方向の膜厚を均一化するために、成膜時には、皿冶具24を公転テーブル26により公転させ(ａ)、且つ、自転させ（ｂ）、更に、ドリル自身を自転させる（ｃ）ものである。

ここで、本発明者等は、図３に図示したように、図１におけるドリル自身の自転（ｃ）を解除して、即ち、皿冶具８の公転（ａ）と自転（ｂ）だけの動きにして、皿冶具８の中心からのドリルシャンクセット用穴９の半径位置を様々に変えて成膜実験を行った。この場合、ドリルが図３のＡ位置の近傍にきたとき、ドリル外周部の炭素蒸発源側に非晶質炭素皮膜が成膜される。また、ドリルがＢ位置の近傍にきたとき、Ａ位置の近傍で非晶質炭素皮膜が成膜されたドリル外周部の反対側面が炭素蒸発源側を向き、この面に非晶質炭素皮膜が成膜される。尚、図３中符号５はコーティング室、６は炭素蒸発源、７は金属蒸発源、10は公転テーブル、11は真空排気ユニットであり、これらは図１と同様の構成である。

この場合、ドリル外周部の円周方向全面に非晶質炭素皮膜が形成されるが、Ａ位置とＢ位置とでは付着量が異なるため、円周方向で膜厚分布が形成されることになる。

実験の結果、皿冶具８を公転及び自転させドリル自身は自転させない上記方法（本発明）で成膜したドリルは、Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値がドリル外周部の円周方向位置で異なり、その最小値（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎはドリル自身を自転させた（従来法の）場合に得られるＩ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値よりも小さくなり、最大値（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍａｘはドリル自身を自転させた場合に得られるＩ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値よりも大きくなることを見出した（図４参照）。さらに、皿冶具４の中心からのドリルシャンクセット用穴９の半径位置を変化させることにより、（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍａｘ／（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎの値も変化することがわかった。そして、ドリルの（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍａｘ／（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎの値を様々に変えて、電子回路基板にドリリング実験を行ったところ、（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍａｘ／（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎの値を所定の範囲に制御することで、ドリル自身を回転させて成膜した場合よりも耐折損性を向上させることができることを見出した。

具体的には、（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍａｘ／（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎの値が大きくなりすぎると、（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍａｘの値が大きくなってしまい、それにつられてドリルの耐折損性が低下してしまうので、Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇｍａｘ／（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎの値は１より大きく２未満にすることが望ましい。また、（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎの値が大きすぎるとドリルの耐折損性が低下してしまうので、（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎの値を０．４未満にすることが望ましい。

図１に図示したような、ドリルセット用の皿冶具24を公転させ自転させ、さらにドリル自身を自転させる従来の方法では、ドリル自身を自転させるために、ドリルシャンクセット用穴25の近傍を複雑な機構にせざるを得ず、そのため、ドリルシャンクセット用穴25の間隔を広く取らねばならず、しかも、ドリルセット用の皿冶具24の半径方向に１列しか配置することができなかった。その結果として、成膜装置にセットできるドリルの本数が少なくなり、被覆ドリルの価格が高くなってしまう問題があった。

この点、本発明では、ドリル自身の自転を不要としているので、図３に図示したように、ドリルセット用の皿冶具８に複雑な機構が必要なく、ドリルシャンクセット用穴９の間隔を狭くすることができ、さらに、（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍａｘ／（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎの値が上記値を満足する範囲でドリルセット用の皿冶具８の半径方向に複数列配置することができ、成膜装置にセットできるドリル本数を従来に比べて格段に増やすことが可能となる。

次に、ドリル外周部の円周方向の膜厚分布について述べる。ドリルセット用皿冶具を公転させ自転させさらにドリル自身を自転させる従来の方法では、ドリル外周部の円周方向の膜厚は均一となる。本発明では、Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値がドリル外周部の円周方向の位置で不均一となることに特徴があるが、Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値が小さくなる部分の膜厚を厚くし、Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値が大きくなる部分の膜厚を薄くすることで、（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎの影響度を強くし（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍａｘの影響度を弱くすることができ、結果として、ドリルの耐折損性を向上させることができる。成膜時のドリル自身の自転を解除することでドリル外周部の円周方向の膜厚分布が不均一となり、ドリルセット用皿冶具中心からのドリルシャンクセット用穴の半径位置を変えることでドリル外周部の円周方向の膜厚分布も変化する。

円周方向の最大皮膜厚さをｈ_ｍａｘ、最小皮膜厚さをｈ_ｍｉｎとしたとき、ｈ_ｍｉｎ／ｈ_ｍａｘの値が大きすぎると（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎの影響度を強くすることができず、一方、ｈ_ｍｉｎ／ｈ_ｍａｘの値が小さすぎると最小皮膜厚さｈ_ｍｉｎが薄くなりすぎて非晶質炭素皮膜の効果が小さくなるので、ｈ_ｍｉｎ／ｈ_ｍａｘの値を０．３以上０．９以下にすることが望ましい。また、ｈ_ｍａｘの値が大きすぎると皮膜応力が大きくなって基材との密着性が低下し、一方、ｈ_ｍａｘの値が小さすぎると非晶質炭素皮膜の効果が低くなるので、ｈ_ｍａｘの値を１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下にすることが望ましい。さらに、ドリル外周の円周方向でＩ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値が最小となる位置と皮膜厚さが最大となる位置との角度偏差が大きすぎると（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎの影響度を強くすることができないので、Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値が最小となる位置と皮膜厚さが最大となる位置との角度偏差を±９０度以内にすることが望ましい。

次に、基材と非晶質炭素皮膜との密着性について述べる。非晶質炭素皮膜を成膜する前にＡｒボンバードで基材表面をクリーニングすることで、基材と非晶質炭素皮膜の密着性を確保することができる。しかし、電子回路基板などの難削材に対して皮膜剥離のない安定したドリリングを行なうためには、基材と非晶質炭素皮膜との密着性をより高くすることが望ましい。Ｔｉ，Ｃｒ，Ｔａなどの周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族元素及びＳｉから選択される１種若しくは２種以上の元素から成る金属または半金属を基材直上に下地膜として成膜し、その上に非晶質炭素皮膜を成膜することで、基材と非晶質炭素皮膜の密着性をより高めることができる。また、周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族及びＳｉから選択される１種若しくは２種以上の元素と窒素及び炭素から選択される１種以上の元素との化合物を基材直上に下地膜として成膜しても良い。

下地膜は基材と非晶質炭素皮膜との密着性を向上させる目的で成膜されるので、あまり厚すぎても意味がなく、２００ｎｍ以下の膜厚にすることが望ましい。

本発明者等は非晶質炭素被覆ドリルを用いてドリリング実験している過程で、ドリルの先端部４の皮膜を除去した場合と除去しない場合とで両者の耐折損性にほとんど差異がないことを見出した。これは、非晶質炭素皮膜にドリルと穴内壁との摩擦を低減する効果や切り屑の排出性を向上させる効果があり、それらの効果がドリルの耐折損性を向上させる主要因であるためと考えられる。一般に、ドリルは再研磨を施して再利用される。即ち、ある程度ドリルを使い込むと、先端部近傍の摩耗した部分を研磨で除去して新しい刃先を形成し、再利用される。本発明の非晶質炭素皮膜被覆ドリルも再研磨して再利用されるが、ドリルの先端部に非晶質炭素皮膜が付着していなくても良い。

本発明の非晶質炭素皮膜は非鉄系被削材用途のドリル向けに発明されたものであるが、その基材としては、ＷＣを主成分とする硬質粒子とＣｏを主成分とする結合材からなる超硬合金が、硬度と靭性のバランスが取れた材料であることから望ましい。ＷＣ粒子の平均粒径を小さくしすぎると、結合材中にＷＣ粒子を均一に分散させることが難しくなり、超硬合金の抗折力低下を引き起こしやすい。一方、ＷＣ粒子を大きくしすぎると超硬合金の硬度が低下する。また、Ｃｏ含有量を少なくしすぎると超硬合金の抗折力が低下し、逆にＣｏ含有量を多くしすぎると超硬合金の硬度が低下する。そのため、ＷＣ粒子の平均粒径が０．１μｍ〜２μｍであり、Ｃｏ含有量が重量％で５〜１５％の超硬合金を基材とすることが望ましい。

本実施例は上述のように構成したから、少なくともドリルの外周部および溝部に被覆された非晶質炭素皮膜を被覆させたドリルにおいて、Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値をドリル外周部の円周方向で不均一にすることで、ドリルの耐折損性を向上させ、しかも安価に製造できるものとなる。

本実施例の効果を裏付ける実験例について説明する。

成膜装置として図１，３のアークイオンプレーティング装置を用い、金属蒸発源としてＴｉを、炭素蒸発源としてグラファイトを成膜装置内に取り付け、また、ボンバード用ガスとしてＡｒガスを、必要に応じて反応ガスとしてＮ_２ガスを成膜装置内に導入して、成膜基材としての超硬合金製ドリル（直径０．１ｍｍ，溝長１．５ｍｍ，全長３８ｍｍ，シャンク径３．１７５ｍｍ）に所定の皮膜を成膜した。従来例と実施例の２種類のドリルセット用皿冶具を公転テーブルに取り付け、ドリル自身を自転させる方式（工具自転方式：従来方式）とドリルの自転を解除してドリル外周部の円周方向でＩ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値が不均一になるようにさせる方式（工具姿勢制御方式：本実施例方式）の２つの方式で同時に成膜できるようにした。

ドリルを成膜装置にセットし、０．０２Ｐａ以下の真空度になるまで排気する。最初にＡｒボンバードでドリル表面をクリーニングした後、非晶質炭素皮膜を成膜した。また、必要に応じてＡｒボンバード後にＴｉやＴｉＮを成膜し、その上に非晶質炭素皮膜を成膜した。ＴｉおよびＴｉＮの成膜では、アーク電流９０Ａ，バイアス電圧−５０Ｖの条件で成膜した。ＴｉＮの成膜ではＮ_２ガスを成膜装置内に導入して、ガス圧１Ｐａの条件で成膜した。非晶質炭素皮膜の成膜に当たっては、アーク電流３０Ａ〜６０Ａ，バイアス電圧−３０Ｖ〜−１００Ｖ，基材温度１００℃以下の条件とし、ドリル外周部の平均膜厚が３５０〜４００ｎｍになるようにドリルに成膜した。

所定の皮膜を被覆したドリルを用いて、次の切削条件でドリリング試験を行い、ドリルが折損するまでのヒット数（折損寿命）を測定した。即ち、被削材を電子回路基板（ＢＴ ＨＬ８３２ＨＳ 両面１２μｍ銅箔付 板厚０．１ｍｍ×４枚重ね）とし、直径０．１ｍｍのドリルを２００，０００ｍｉｎ^−１の回転速度で回転させ、送り速度２．２ｍ/ｍｉｎ，切削液なし（乾式）として試験を行った。ドリリング試験の結果を図４に示す。表では本発明の実施例（工具姿勢制御方式）とともに、従来のノンコートドリルや本発明の範囲外の従来例（工具自転方式）の結果を比較例として記載している。

図４の実験結果から、ノンコートドリルに比べて非晶質炭素被覆ドリルの折損寿命が格段に長くなること、従来例（工具自転方式）に比べて実施例（工具姿勢制御方式）の方が、ややバラツキはあるものの、折損寿命が数％〜数十％長くなることが認められる。尚、図４中、Ｎｏ．９，１０の下地膜（下層皮膜層）の膜厚は実測値ではなく目標値であり、「非晶質炭素膜の膜厚」は「下地膜の膜厚＋非晶質炭素膜の膜厚」である。

Claims (10)

1. 基材上に形成される穴明け工具用非晶質炭素皮膜であって、この非晶質炭素皮膜は、皮膜厚さが工具外周部の円周方向位置で異なり、また、波長５３２ｎｍのレーザー光を用いてラマン散乱分光分析を行った際、ラマンシフト１３３０〜１３６０ｃｍ^−１付近のピーク強度Ｉ_Ｄとラマンシフト１５３０〜１５６０ｃｍ^−１付近のピーク強度Ｉ_Ｇとの比Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値が工具外周部の円周方向位置で異なり、このＩ_Ｄ／Ｉ_Ｇの円周方向での最大値を（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍａｘ、最小値を（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎとしたとき、下記の関係式（１）及び（２）が成り立つことを特徴とする穴明け工具用非晶質炭素皮膜。
   記
   式（１）：（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎ＜０．４
   式（２）：１＜（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍａｘ／（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）_ｍｉｎ＜２
2. 請求項１記載の穴明け工具用非晶質炭素皮膜において、前記皮膜厚さの円周方向での最大値をｈ_ｍａｘ、最小値をｈ_ｍｉｎとしたとき、下記の関係式（３）及び（４）が成り立つことを特徴とする穴明け工具用非晶質炭素皮膜。
   記
   式（３）：１００ｎｍ≦ｈ_ｍａｘ≦１０００ｎｍ
   式（４）：０．３≦ｈ_ｍｉｎ／ｈ_ｍａｘ≦０．９
3. 請求項１，２いずれか１項に記載の穴明け工具用非晶質炭素皮膜において、この非晶質炭素皮膜の工具外周部の円周方向におけるＩ_Ｄ／Ｉ_Ｇの値が最小になる位置と皮膜厚さが最大になる位置との角度偏差が±９０度以内であることを特徴とする穴明け工具用非晶質炭素皮膜。
4. 請求項１〜３いずれか１項に記載の穴明け工具用非晶質炭素皮膜において、この非晶質炭素皮膜は、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族及びＳｉから選択される１種若しくは２種以上の元素から成る金属若しくは半金属から成り、膜厚が２００ｎｍ以下で基材直上に形成される下層皮膜層の上に形成されていることを特徴とする穴明け工具用非晶質炭素皮膜。
5. 請求項１〜３いずれか１項に記載の穴明け工具用非晶質炭素皮膜において、この非晶質炭素皮膜は、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族及びＳｉから選択される１種若しくは２種以上の元素と窒素及び炭素から選択される１種以上の元素との化合物から成り、膜厚が２００ｎｍ以下で基材直上に形成される下層皮膜層の上に形成されていることを特徴とする穴明け工具用非晶質炭素皮膜。
6. 請求項１〜５いずれか１項に記載の穴明け工具用非晶質炭素皮膜が被覆されていることを特徴とする穴明け工具。
7. 請求項６記載の穴明け工具であって、直径が０．２５ｍｍ以下０．０１ｍｍ以上であることを特徴とする穴明け工具。
8. 請求項６，７いずれか１項に記載の穴明け工具において、工具先端部に前記非晶質炭素皮膜が付着していないことを特徴とする穴明け工具。
9. 請求項６〜８いずれか１項に記載の穴明け工具において、基材がＷＣを主成分とする硬質粒子とＣｏを主成分とする結合材から成る超硬合金製であり、この超硬合金のＷＣ粒子の平均粒径が０．１μｍ〜２μｍでありＣｏ含有量が重量％で５〜１５％であることを特徴とする穴明け工具。
10. 請求項６〜９いずれか１項に記載の穴明け工具において、被削材が電子回路基板または半導体パッケージ基板であることを特徴とする穴明け工具。

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