JPH04275812A - ダイヤモンド被覆マイクロドリル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント基板の穴明け
加工や、Ａｌ−Ｓｉ合金をはじめとする各種合金、セラ
ミック材料などの各種材料の穴明け加工に適したダイヤ
モンド被覆マイクロドリルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種穴明け加工用に従来から実用化さ
れているマイクロドリルとして、■ＷＣ基超硬合金から
なるマイクロドリル、■ＷＣ基超硬合金製マイクロドリ
ルの表面に、通常のＣＶＤ法等の化学蒸着法またはイオ
ンプレーティング法やスパッタリング法等の物理蒸着法
により、ＴｉやＺｒ等の炭化物、窒化物及び炭窒化物か
らなる単層または複層を層厚０．２〜２０μｍで形成し
た表面被覆ＷＣ合金基製マイクロドリル、が知られてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、穴明け加工能率
向上への要求が高まっているが、現状のマイクロドリル
では耐摩耗性が不足して対応し切れない点が問題となっ
ている。この理由の１は、同時穴明け枚数（重ね枚数）
が増加すると共に、高速化されつつあり、特に直径１〜
３ｍｍの穴明けでは切削速度が２５０〜３００ｍである
ため、前記した■，■のドリルではどうしても耐摩耗性
が不足することにある。特に、■のドリルではＴｉＣ自
身の耐摩耗性不足と母材の密着強度不足による剥離が生
じるために、ＴｉＣ等のコーティング効果が発揮できな
い点も挙げられる。また、別の理由として被削材の難削
化が挙げられる。すなわち、近年、プリント基板の材質
も、高密度化、多層化、耐熱化とともに、銅、ガラス繊
維の含有量も増加し、難削化していることである。

【０００４】耐摩耗性向上のために表面にダイヤモンド
又はダイヤモンド状カーボンを被覆したマイクロドリル
も検討されている。このときのダイヤモンドを被覆する
一般的な方法として、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、Ｒ
ＦプラズマＣＶＤ法、ＥＡ−ＣＶＤ法、誘磁場マイクロ
波ＣＶＤ法、ＲＦ熱プラズマＣＶＤ法、熱フィラメント
ＣＶＤ法、ＤＣプラズマＣＶＤ法、ＤＣプラズマジェッ
ト法などが知られている。ダイヤモンド状カーボンの被
覆法としては、ＲＦプラズマＣＶＤ法、イオンビーム蒸
着法、イオンビームスパッタ法、スパッタ法、ＤＣプラ
ズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法等がある。ダイ
ヤモンド被覆マイクロドリルは被覆膜の耐剥離性、耐摩
耗性が抜群に向上しているため、上記した耐摩耗性不足
や被削材の難削化の問題は容易に解決できる。

【０００５】ところで、穴明け加工における、ドリル、
特にマイクロドリルに対する要求特性としては、（１）
加工品質が良好なこと。すなわち穴内の面粗さが良好で
あり、出入口のバリが発生しないこと、（２）ドリルが
折れないこと（高靱性）、（３）加工穴の曲がり防止、
（４）長寿命、等が挙げられる。

【０００６】これらの中で、特に穴明け加工品質、バリ
及び曲がり防止などの諸性能は、切り粉排出性と大きな
関係があることが知られている。特に、プリント基板の
穴明け加工においては、切り粉排出性が良くないと、穴
内壁の面粗さ、又は導通部の接続不良（エポキシスミア
）を招く結果にもなる。これらは、プリント基板の品質
、信頼性を損なう現象であり、充分な配慮が必要となる
。切削時における切り粉排出性には、マイクロドリルの
刃溝部の面粗度が大きな影響を及ぼす。現在広く実用さ
れているマイクロドリルは、切り粉排出性を良好にする
ため、刃溝部を含めた表面粗度を０．３ｓ以下にしてい
るのが一般的である。

【０００７】しかし、従来のダイヤモンド被覆ドリル、
マイクロドリル表面には、耐摩耗性には極めて優れるダ
イヤモンド被覆が存在するが、その表面粗さは一般に１
ｓ以上であり、通常用いられる超硬合金マイクロドリル
や表面被覆超硬合金基マイクロドリルに比べると、切り
粉排出性の点で劣っている。また、ダイヤモンド被覆の
硬度の高さの故に、鏡面処理等の平坦化処理を工業的に
行なう点で困難がある。本発明はダイヤモンド被覆マイ
クロドリルの高耐摩耗性，難削材加工性という特長は保
持したままで、しかも切削時の切り粉排出性が良好で、
被切削部分の表面面粗さも良好にできるダイヤモンド被
覆マイクロドリルを提供することを課題とするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決する本
発明は、硬質材料にて作製されたマイクロドリルの表面
にダイヤモンド及び／またはダイヤモンド状カーボンの
被覆層を形成されてなるダイヤモンド被覆マイクロドリ
ルにおいて、該マイクロドリルの先端部の限定した部分
に上記被覆層を形成されてなることを特徴とするもので
ある。本発明の特に好ましい実施態様としては、上記マ
イクロドリル先端部において刃溝部を除いた部分のみに
上記被覆層を形成されてなるダイヤモンド被覆マイクロ
ドリルを挙げることができる。また、本発明の特に好ま
しい他の実施態様として、上記マイクロドリル先端から
外周部の被覆層末端部までの距離に比べ、該先端から刃
溝部の被覆層末端部までの距離が短いことを特徴とする
ダイヤモンド被覆マイクロドリルが挙げられる。本発明
の上記硬質材料としては、超硬合金又は窒化ケイ素を主
成分とする焼結体を挙げることができる。

【０００９】

【作用】本発明において、ダイヤモンド及び／またはダ
イヤモンド状カーボンを被覆するマイクロドリルの基材
としては、高融点金属、超硬合金、窒化ケイ素、窒化炭
素、その他のセラミック、繊維強化プラスチック等が挙
げられる。特に、強度、靱性共に高いものが好ましく、
この目的のためには超硬合金が好ましい。また、ダイヤ
モンドと同じ熱膨張係数を有する窒化ケイ素を主成分と
する焼結体も、被覆したダイヤモンド膜中に熱残留応力
が発生しないため望ましい。

【００１０】該超硬合金としてはこの種の技術分野で公
知のものを使用できるが、ドリルの強度を確保するため
には微粒のＷＣ粒で構成されている超硬合金が好ましい
。超硬合金を基材としてダイヤモンドを被覆する際、Ｃ
ｏ上にはグラファイトが優先的に生成するため、Ｃｏ量
の少ない、一般にはＣｏ量６重量％以下の超硬合金を用
いるのが望ましい。

【００１１】また、該基材が窒化ケイ素を主成分とする
焼結体の場合、窒化ケイ素が難焼結性であるため、例え
ばＭｇＯ、Ｙ２　Ｏ３　、Ａｌ２　Ｏ３　、ＡｌＮ、Ｚ
ｒＯ２　、ＨｆＯ２　、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｂ４　Ｃ、Ｂ
Ｎ及びＴｉＢ２　などの焼結助剤を少なくとも１種、そ
れぞれ０．０１〜３０重量％、合計で５０重量％以下添
加することが好ましい。

【００１２】この他、Ａｌ２　Ｏ３　、炭化ケイ素、ま
たこれらのウイスカー強化セラミックを基材として用い
た場合も、良好な密着強度及び靱性を示すものが得られ
る。

【００１３】本発明において、上記したような硬質材料
を基材とするマイクロドリルの表面にダイヤモンド又は
ダイヤモンド状カーボンを被覆する方法は、この種の分
野で公知の技術、例えば従来技術として前記した公知の
方法を用いることができる。なお、本発明のダイヤモン
ド状カーボンとはダイヤモンドに似た物理特性を持つ硬
質炭素のことであり、一般には不定型炭素、アモルファ
スカーボンなどと称されている。

【００１４】また、ドリルの先端部分の限定された領域
だけをダイヤモンド及び／又はダイヤモンド状カーボン
で被覆するためには、被覆しない部分にＷ、Ｍｏ等の金
属またはＳｉ、石英などを用いてマスクしておく。ダイ
ヤモンド被覆層を形成する際に被覆初期のダイヤモンド
核発生密度を高めるのに効果がある、とされている前処
理として、ダイヤモンド砥粒による傷付け処理が知られ
ているが、このような前処理もダイヤモンド被覆しない
部分には行わないでおく。なお、このようにマスクした
場合でも、被覆層が周り込むことがあるが、この周り込
み被覆層はマスクの存在により温度が充分に上がらず、
且つダイヤモンド砥粒による傷付け処理も行っていない
ため、ダイヤモンドの核発生が起きず、基材との密着強
度の低いダイヤモンド状カーボンが薄くできるにすぎな
い。このため、回り込み被覆層はブラシ等により容易に
除去することができる。そして、回り込み被覆層付きの
ものと、これを除去したものとの間に性能差は認められ
ない。この理由は、切削初期において、切り粉のために
周り込み被覆層が剥離、除去されるためである。

【００１５】本発明のダイヤモンド被覆マイクロドリル
の特徴は、マイクロドリル先端部のみにダイヤモンドコ
ーティングを施した点にある。これにより、マイクロド
リル全体にコーティングを施した場合に比べて、切り粉
排出性の点で影響の大きい刃溝部へのコーティング面積
が大幅に減少したため、良好な切り粉排出性が得られる
。図１に示すものは本発明の一具体例であり、ドリル先
端からマージン長に相当する距離までドリル先端部分全
面、つまりマージン部、リップ部、第一逃げ面、第二逃
げ面、刃溝全てに被覆したものである。

【００１６】また、本発明においては、図１のようにド
リル先端から限定された距離にある部分の全面ではなく
、これらの部分のさらに特定の部分に被覆することでも
、種々の効果を得ることができる。例えば図２は、ドリ
ル全体へのコーティングを行なうのではなく切り刃近傍
のみにコーティングを施した本発明の別の具体例を示す
。切削における耐摩耗性にとって重要なリップ部、及び
マージン部の周辺にのみコーティングを施し切り刃部の
耐摩耗性を向上させる一方、その他の部分は被覆しない
ことで逆に被切削部分の表面面粗さ悪化、特に切り粉排
出性の点で影響の大きい刃溝部の面粗さ低下を防止して
いる。これにより、より良好な切り粉排出性を示し、こ
れにより被切削部分の表面粗さは飛躍的に向上した。

【００１７】また、本発明のダイヤモンド被覆マイクロ
ドリルは、ダイヤモンド被覆部分において、基材露出部
分にくらべて極めて高い耐摩耗性を示す。そこで、良好
な切り粉排出性、被切削部分の表面面粗さを保ちつつ、
長寿命化を図る手段として、刃溝部についても、ダイヤ
モンド被覆層を形成することを試みた。多くの試験の結
果、図３及び図４に示すようにドリル先端から外周部被
覆端までの距離Ｂと、ドリル先端から刃溝部の被覆端ま
での距離Ａ又はＡ′を比べて、後者の方が短い場合、つ
まりＢ＞Ａ又はＢ＞Ａ′の場合に、良好な切り粉排出性
と、被切削部分の面粗度を維持でき、且つ寿命が長くな
ることが分かった。（図３及び図４）

【００１８】これらの本発明のダイヤモンド被覆マイク
ロドリルは、優れた耐摩耗性が確保されると同時に、切
り粉の排出経路となる刃溝部面粗さの悪化もなく、スム
ーズな切り粉排出が行われるため、安定した穴品質を確
保することができる。なお、本発明にいうマイクロドリ
ルは、前述したような用途に用いられるものであるが、
通常のドリルと相違する点は、特に細い径である点で、
直径５ｍｍ以下が通常のサイズであるが、最もよく使用
されるものは３ｍｍ以下のものである。本発明は、マイ
クロドリルだけではなく、通常の５ｍｍ以上のドリルや
小径から大径までのエンドミル等に適用した場合も、同
様の効果を得ることが予想される。さらに、本発明の被
削材としてはプリント基板を主体として行ったが、Ａｌ
−ケイ素をはじめとする各種軽合金、Ｃｕ、グラファイ
ト部品など多くの切削においても全く同様の効果が得ら
れる。被覆層の層厚については、被覆層の層厚が０．１
μｍ以下の場合、効果が現れないため、０．１μｍ以上
とした。また２００μｍを越える膜厚を設けることはコ
ーティング工具としては不必要かつ不経済である。

【００１９】

【実施例】実施例１及び比較例１ 以下に、本発明マイクロドリルの実施例を示す。まず、
母材となるマイクロドリルとして、超硬合金製マイクロ
ドリル（組成：ＷＣ−１．５重量％ＴａＣ−五重量％Ｃ
）で、直径が２ｍｍのもの準備した。これらのマイクロ
ドリルに、ダイヤモンド被覆層を形成することが必要部
分に、一般に行われている傷つけ処理として、♯１００
０のダイヤモンドペーストにより傷付けを行ない、被覆
不要部にはＭｏ板によるマスクを施した。次いで、公知
の熱フィランメントＣＶＤ法を用いて、　　　　　　反
応管容器　　　　　　　　　　　　　　　　：　　直径
２００ｍｍの石英管　　　　　　フィランメント材質　
　　　　　　　：　　金属Ｗ　　　　　　フィランメン
ト　　　　　　　　　　　　：　　２２００℃　　　　
　　フィランメント−マイクロドリル先端間距離　　：
　　１０．０ｍｍ　　　　　　全圧　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　：　　１００Ｔｏｒｒ　　
　　　　雰囲気ガス　　　　　　　　　　　　　　　　
：　　Ｈ２　−１．５％ＣＨ４　ガス　　　　　　時間
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　：　　
２〜５０時間の条件にて、３〜２０μｍのダイヤモンド
被覆層を種々の部分に形成し、本発明マイクロドリル（
実施例１−１〜１−７）を作成した。また、比較のため
、ダイヤモンド被覆を全長に施した被覆マイクロドリル
（比較例１−１）及び被覆を施さなかったマイクロドリ
ル（比較例１−２）も準備した。これらを合わせて表１
に示した。

【表１】表１

【００２０】これらのマイクロドリルについて、以下の
条件の切削試験を行った。 被削材　　　　：　　ガラエボ材　　４層板×３枚重ね
回転数　　　　：　　５００００ｒｐｍ送り速度　　：
　　２５００ｍｍ／ｍｉｎ結果を表２に示すが、使用寿
命基準判定は次の通りとした。一定穴明け数内において
、ドリル先端部，リップコーナー部の摩耗が原因である
切削面の粗れ、スミア（導通不良）発生、の両方の穴品
質低下を調べ、良否判定を行った。○は性能良好を表し
、×は性能不良を表す。同時に、加工時の加工穴への切
り粉残留状態を確認した。

【表２】表２

【００２１】実施例２ 母材となるマイクロドリルとして、窒化ケイ素セラミッ
ク製マイクロドリル（組成：Ｓｉ３　Ｎ４　−４重量％
Ａｌ２　Ｏ３　−４重量％Ｙ２　Ｏ３　−３重量％Ｚｒ
Ｏ２　）で、直径が２．５ｍｍのものを準備した。これ
らのマイクロドリルのダイヤモンド被覆形成部分に、一
般に行われている傷付け処理として♯１０００のダイヤ
モンドペーストによる傷付けを行ない、また被覆不要部
分にはＭｏ板によるマスクを施した後、公知の熱フィラ
ンメントＣＶＤ法を用いて、 　　　　　　反応管容器　　　　　　　　　　　　　　
　　：　　直径２００ｍｍの石英管　　　　　　フィラ
ンメント材質　　　　　　　　：　　金属Ｗ　　　　　
　フィランメント　　　　　　　　　　　　：　　２４
００℃　　　　　　フィランメント−マイクロドリル先
端間距離：　　１０．０ｍｍ　　　　　　全圧　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　：　　１００Ｔ
ｏｒｒ　　　　　　雰囲気ガス　　　　　　　　　　　
　　　　　：　　Ｈ２　−１．５％ＣＨ４　ガス　　　
　　　時間　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　：　　０．５〜１００時間の条件にて、３〜１００
μｍのダイヤモンド被覆層を種々の部分に形成し、本発
明マイクロドリル（実施例２−１〜２−７）を作成した
。また、比較のため、ダイヤモンド被覆を全長に施した
被覆マイクロドリル（比較例２−１）及び被覆を施さな
かったマイクロドリル（比較例２−２）も準備した。こ
れらを合わせて表３に示した。

【表３】表３

【００２２】これらのマイクロドリルについて、以下の
条件の切削試験を行った。 被削材　　　　：　　Ａｌ−Ｓｉ合金（１７％Ｓｉ）回
転数　　　　：　　７００００ｒｐｍ送り速度　　：　
　３０００ｍｍ／ｍｉｎ結果を表４に示すが、使用寿命
基準判定は次の通りとした。一定穴明け数内において、
ドリル先端部、リップコーナー部の摩耗が原因となる切
削面の粗れ、バリ発生両方の穴品質低下により良否判定
を行った。同時に、加工時の加工穴への切り粉残留状態
確認結果を表４に示す。 ○は性能良好、×は性能不良を表す。

【表４】表４ 表２，表４に示される結果から、本発明ダイヤモンド被
覆マイクロドリルは、比較例１，２の従来品ドリルと比
べて優れた耐磨耗性を有し、且つ良好な切り粉排出性を
有することが明らかである。

【００２３】ここまでは被覆層としてダイヤモンドを被
覆する例を挙げて本発明を説明したが、ダイヤモンド状
カーボンを被覆する場合も全く同様の効果が得られた。 またこれらの被覆層がホウ素、窒素などの他元素を含ん
だ場合にもったく同様の効果が得られることが充分に予
想できる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のマイクロ
ドリル先端の特定部分にのみダイヤモンド被覆を施した
被覆マイクロドリルは、ダイヤモンド被覆ドリルの有す
る耐磨耗性、難削材加工性を保持するに加え、更に良好
な切り粉排出性、穴明け加工性を有する非常に優れたマ
イクロドリルであり、特に細径ドリルを用いて難削材を
高速切削する分野、例えばプリント基板穴明け加工、高
Ｓｉ含有Ａｌ合金等の穴明け加工、繊維強化プラスチッ
ク又は金属の加工等に用いて有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一具体例において、ドリル先端からマ
ージン長に相当する距離までの限定された部分を全面ダ
イヤモンド被覆した状態を示す説明図。

【図２】本発明の一具体例において、切り刃近傍のみを
ダイヤモンド被覆した状態を示す説明図。

【図３】本発明の一具体例において、先端から刃溝部分
被覆端までの距離Ａと、その他の部分の被覆端までの距
離Ｂが、Ｂ＞Ａであるようにダイヤモンド被覆した状態
を示す説明図。

【図４】本発明の一具体例において、先端から刃溝部分
被覆端までの距離Ａ′と、その他の部分の被覆端までの
距離Ｂが、Ｂ＞Ａ′であるようにダイヤモンド被覆した
状態を示す説明図。

【図５】一般的なマイクロドリルの説明図。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　硬質材料にて作製されたマイクロドリ
   ルの表面にダイヤモンド及び／またはダイヤモンド状カ
   ーボンの被覆層を形成されてなるダイヤモンド被覆マイ
   クロドリルにおいて、該マイクロドリルの先端部の限定
   した部分に上記被覆層を形成されてなるダイヤモンド被
   覆マイクロドリル。
2. 【請求項２】　　上記マイクロドリル先端部において刃
   溝部を除いた部分のみに上記被覆層を形成されてなる請
   求項１のダイヤモンド被覆マイクロドリル。
3. 【請求項３】　　上記マイクロドリル先端から外周部の
   被覆層末端部までの距離に比べ、該先端から刃溝部の被
   覆層末端部までの距離が短いことを特徴とする請求項１
   または２のダイヤモンド被覆マイクロドリル。
4. 【請求項４】　　上記硬質材料が超硬合金であることを
   特徴とする請求項１ないし３のいずれかのダイヤモンド
   被覆マイクロドリル。
5. 【請求項５】　　上記硬質材料が窒化ケイ素を主成分と
   する焼結体であることを特徴とする請求項１ないし３の
   いずれかに記載のダイヤモンド被覆マイクロドリル。