JPS63161B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は硬質な頭部を有する複合焼結材料円柱
体を超硬合金などよりなるシヤンクに埋め込み、
該円柱体の硬質頭部とその支持部に刃付け及び刃
溝加工を行つてドリルとした硬質焼結体小径ドリ
ルに関する。

更に詳細には本発明は、ダイヤモンド焼結体或
いは高圧相窒化硼素焼結体の如き硬質な頭部と、
該頭部と一体に構成され、例えば超硬合金からな
る支持部とを具備する小径の複合焼結材料円柱体
を超硬合金などよりなるシヤンクの一端に形成し
た孔に押し込み、ロウ付けなどの方法により固着
した後、複合焼結材料円柱体部に先端刃付加工と
刃溝加工を行つてドリルとした硬質焼結体小径ド
リルに関する。

従来の技術 超硬合金よりなるドリルが金属、非金属材料の
穴あけ用に多用されている。特に近年急激に需要
が伸びているプリント基板の穴あけには直径１mm
前後の超硬合金製ドリルが使われている。

プリント基板には各種の材料が使われている
が、主として用いられているのはガラス繊維にエ
ポキシ樹脂を含浸させた強化樹脂で、一般にガラ
エボ基板と称されている。

このようなプリント基板の穴あけは剛性の高い
ドリルで通常回転数５〜６万rpmの条件で行われ
ているが、基板に含まれるガラス繊維は超硬工具
を非常に早く摩耗させ、一般的に3000〜5000ヒツ
ト（ヒツトとは穴あけ回数のこと）で超硬ドリル
は寿命となる。こうしたドリル盤には自動工具交
換装置がついており、寿命となつたドリルは自動
的に交換されるが、生産効率向上のためにはこの
自動工具交換のための時間も問題であり、ドリル
寿命をのばして工具交換回数すなわち交換時間を
減少させたいという要求が強い。

プリント基板の特性からみると、更に耐熱性等
を向上させて高機能化を計りたいという要求も強
く、このような基板材料は実際に製造可能である
が、一般にこのような高機能材料は難削で、従来
の超硬質ドリルでは非常に短寿命となつてしま
い、このためこの種の基板材料の実用化が出来な
いのが実情である。

更に、通常のガラエポ基板に対しても更に高能
率の穴あけを行うため穴あけドリルの回転数の上
昇が望まれているが、これも従来の超硬合金製ド
リルで切削速度の上昇と共に急激に寿命が低下し
てしまうのでドリル回転数上昇による高能率化を
達成できない。

一方、近年使用量が急激に増加しつつある焼結
ダイヤモンド工具は超硬工具に対して飛躍的に硬
度が高く、耐摩耗性がすぐれており、上記強化樹
脂などの切削に於いては非常な高性能を発揮す
る。

ところが第１図に示すように、この焼結ダイヤ
モンド工具は焼結ダイヤモンド層１１が超硬合金
の支持部１２に貼り合わされた複合焼結体１３を
チツプとして保持する。この複合焼結体１３を使
用してドリルを作製する場合には第２図に示すよ
うにシヤンク１５の先端部に複合焼結体１３を何
らかの方法により固着させて作らざるを得ない。

ところがこの複合焼結体１３から作られるドリ
ルチツプの径は一般に１mm程度であり、このよう
な小径のものではシヤンク１５と余程強力な接合
強度をもたせないと接合後の刃先研削加工で接合
部１６からはずれてしまい、良好なドリルが製造
できない。特に焼結ダイヤモンドは難研削であ
り、研削抵抗が高く、通常の銀ロウ付け程度の強
度では強度不足である。接合強度の高い接合方法
として例えば電子ビーム溶接が考えられるが、電
子ビーム溶接を実施するとなると、ドリルの製造
工程が複雑且つ原価が高くなり、高性能ドリルの
需要の近年の急激な増加に対応できなかつた。

これを解決する手段として第３図ａおよびｂに
示すような頭部に焼結ダイヤモンド層２１を有
し、該焼結ダイヤモンド層２１とほぼ同一径の円
柱形支持部２２を有する複合焼結材料円柱体２３
を作成し、第４図ａに示すごとくシヤンク２５の
一端に埋め込み、埋み込んだ複合焼結材料円柱体
２３に刃付け及び刃溝加工を行うことが考案され
た。この際のシヤンク本体２５は加工の容易性、
錆対策などよりステンレス鋼が使用されていた。

しかしながら、ステンレス鋼製のシヤンクを使
用すると、熱伝導率が低いため、穴あけ時の刃先
の切削熱がシヤンクを通じて放散されず、刃先の
温度が上昇して穴壁の品質に悪影響を与えたり、
高速回転の使用では刃先の寿命が低下する。更
に、ドリル加工時にシヤンク部分をチヤツキング
するとき、ステンレス鋼では硬度が低く傷がつく
などの問題があつた。

発明の解決すべき問題点 本発明は、上記従来技術の問題を解決すること
を目的とし、更に詳細には、硬質な頭部を有する
小径の複合焼結材料円柱体を利用した耐摩耗性の
優れたドリルで、なおかつ熱伝導率及び硬度の高
いシヤンク材を使用することによつて切削熱の放
散性を改善して高品質の穴あけを長期間行うこと
ができる硬質焼結体小径ドリルを提供することに
ある。

問題点を解決するための手段 上記の目的を達成するために、本発明に従い、
ダイヤモンド粒子または高圧相窒化硼素粒子のい
ずれか一方または双方を50％以上含有し、断面が
円形をなす固い硬質焼結部と、該硬質焼結部とほ
ぼ同一径の円柱形をなし、その一端部で該硬質焼
結体部と接合している支持部とを具備する複合焼
結材料円柱体の支持部をシヤンクの一端に形成さ
れた複合焼結材料円柱体とほぼ同一径の孔に押し
込み、固定した後、複合焼結材料円柱体部に真直
又はねぢれ溝と先端刃付けを行つて得られる直径
が３mm以下の焼結体小径ドリルにおいて、シヤン
クが熱伝導率0.1cal／cm・sec.・℃以上でかつ硬
度がHRc25以上である下記： イ 超硬合金 ロ Ｗを80〜98重量％含み、残部がNi―Feまた
はNi―Fe―Ｃからなる合金 ハ Moを60〜90重量％含み、残部がCu系合金
で、ある合金 の中の１つの材料で作られていることを特徴とす
る硬質焼結体小径ドリルが提供される。

上記硬質焼結部はダイヤモンド粒子または高圧
相窒化硼素粒子のいずれか一方または双方を50％
以上含有したものである。

硬質焼結部がダイヤモンド粉末を主成分として
焼結されたものであるときは、ダイヤモンド粉末
単独、或いは70％以上のダイヤモンドを含み、残
部がFe，CoまたはNiを主成分とする結合材によ
り焼結したものである。このような硬質焼結部の
好ましい例としては、70％以上のダイヤモンドと
WC―５〜15％Coとの焼結体がある。ダイヤモン
ド粉末単独で硬質焼結部を製造するときは、ダイ
ヤモンド粉末を超硬合金等の支持部上に配置して
ホツトプレスを行い、ホツトプレス中に支持部よ
り結合材をダイヤモンド粉末中に溶浸せしめると
よい。

硬質焼結部が高圧相窒化硼素粉末を主成分とす
る場合は、高圧相窒化硼素粉末単独、或いは50％
以上の高圧相窒化硼素に４ａ，５ａ，６ａ族元素
の炭化物、窒化物、炭窒化物、またはこれに更に
アルミニウム、シリコンを結合材として添加して
焼結したものがある。なお、高圧相窒化硼素単独
の粉末は結合材を必要とせず、それ自体でも硬質
焼結部の焼結が達成される。ここで、高圧相窒化
硼素とは、立方晶型窒化硼素およびウルツ鉱型窒
化硼素を意味する。

複合焼結材料円柱体の支持部は、いわゆる超硬
合金、すなわち、周期律表第４ａ，５ａ，６ａ族
元素の炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物、珪化
物又はこれらの相互固溶体炭化物をFe，Coまた
はNiの鉄族金属で結合した焼結合金またはサー
メツトである。サーメツトの１例としては、
（Mo，Ｗ）Ｃの炭化物をNiまたはCoの鉄族金属
で結合したものがある。

更に別の支持部材料としては、Ｗを80〜98重量
％含み、残余がNi―FeまたはNi―Fe―Cuからな
るいわゆるヘビー・メタルといわれる焼結合金が
ある。

更に、本発明の１つの態様に従うと、第３図ｂ
に示す如く、複合焼結材料円柱体の硬質焼結部２
１と支持部２２とは、厚さ0.5mm以下の中間接合
層２４を介して接合されている。

中間接合層としては、70％未満の高圧相窒化硼
素と残部が周期律表第４ａ族のTi，Zr，Hfの炭
化物、窒化物、炭窒化物あるいはホウ化物の１種
もしくはこれらの混合物または相互固溶体化合物
を主体としたものと、これにAlおよび／または
Siを0.1重量％以上含有するものが好ましい。

更に、本発明の１つの態様に従うと、支持部が
軸方向に２以上の材料層から構成さてもよい。こ
のような１例として、第２の材料層の支持側の層
がWC―Co焼結合金であり、硬質な頭部側の層が
（Mo，Ｗ）Ｃの炭化物をNiまたはCoの鉄族金属
で結合したサーメツトからなるものがある。

シヤンク材料は熱伝導率0.1cal／cm・sec.・℃
以上で、硬度HRc25以上のものが望ましい。熱
伝導率が0.1cal／cm・Sec.・℃以上の金属材料と
しては超硬合金、Ｗ合金、Mo合金、銅等がある
が、これらのうち硬度がHRc25以上のものは超
硬合金、Ｗ合金、Mo合金である。

超硬合金としてはWC―Co合金が５〜15％のも
のが好ましい。又、Ｗ合金としてはＷを80〜98重
量％含み、残余がNi―FeまたはNi―Fe―Cuから
なるいわゆるヘビーメタルといわれる焼結合金が
好ましく、Mo合金としてはMoを60〜90重量％
含み、残部が銅系合金であるものが好ましい。

実施例 シヤンク材として熱伝導率が0.01〜0.2の範囲
のステンレス鋼、高速度鋼、WC―６％、WC―
15％TiC―６％Coを用意した。

他方、硬質焼結部がダイヤモンド粉末85％と残
部がWC―15％Coからなり、支持部がWC―12％
Coからなり、直径0.7mm、長さ15mmの複合焼結材
料円柱体を第４図ａに示す如く上記シヤンクの端
部の孔に押し込み、ロウ付けにより固定しした
後、刃先および刃溝加工して第４図ｂに示す形状
の小径ドリルを作成した。

これらの小径ドリルを用いてプリント基板の穴
あけテストを行つた後穴内面の評価を行つたとこ
ろ、熱伝導率0.1以下のステンレス鋼、高速度鋼
のシヤンクを用いた小径ドリルでは穴壁面の粗れ
が観際され、焼き付きの発生が多かつた。更に、
ステンレス鋼のシヤンクでは刃先および刃溝加工
の際に工具で把持されて外表面に疵が付いてい
た。

他方、WC―６％CoまたはWC―15％TiC―６
％Coのシヤンクを用いた小径ドリルでは穴壁面
は美麗に切削され、焼き付きの発生もなく、シヤ
ンクの外表面に疵も付いていなかつた。

発明の効果 以上詳述の如く本発明は、ダイヤモンドまたは
高圧相窒化硼素を含有する硬質焼結部と、この硬
質焼結部の一部で接合している支持部とを具備す
る複合焼結材料円柱体の支持部をシヤンクに固定
し、複合焼結材料円柱体部に真直又はねぢれ溝と
先端刃付けを行つて得られる直径が３mm以下の焼
結体小径ドリルにおいて、熱伝導率が0.1cal／
cm・sec.・℃以上でかつ硬度がHRc25以上である
下記： イ 超硬合金 ロ Ｗを80〜98重量％含み、残部がNi―Feまた
はNi―Fe―Ｃからなる合金 ハ Moを60〜90重量％含み、残部がCu系合金で
ある合金、 の中の１つの材料でシヤンクを構成したことを特
徴とする。

このような特性を有する材質のシヤンクを使用
することにより、穴あけ時の刃先の切削熱がシヤ
ンクを通じて伝導、放散されて、刃先の温度の上
昇が防止され、良好な品質の穴壁の穴明けが可能
となり、高速回転での使用を行つても刃先の寿命
が低下しない。更に、硬度の高い材質のシヤンク
を用いることによりドリル加工時にシヤンク部分
をチヤツキングしてもシヤンク表面に傷がつき難
く、商品価値の高い硬質焼結体小径ドリルを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼結ダイヤモンド層と超硬合金の支持
部からなる複合焼結体の斜視図である。第２図は
第１図に示す複合焼結体をシヤンクに接合した状
態を示す。第３図ａおよびｂは本発明の硬質焼結
体小径ドリルを作製するのに用いる複合焼結材料
円柱体を示す。第４図ａは、第３図に示す複合焼
結材料円柱体をシヤンクに固定した状態を示し、
第４図ｂはこれを刃付けおよび刃溝加工して得ら
れた硬質焼結体小径ドリルを示す。 主な参照番号、１１，２１……焼結ダイヤモン
ド層、１２，２２……超硬合金の支持部、１３，
２３……複合焼結体、１５，２５……シヤンク、
１６……接合部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ダイヤモンド粒子または高圧相窒化硼素粒子
   のいずれか一方または双方を50％以上含有し、断
   面が円形をなす固い硬質焼結部と、該硬質焼結部
   とほぼ同一径の円柱形をなし、その一端部で該硬
   質焼結体部と接合している支持部とを具備する複
   合焼結材料円柱体の支持部をシヤンクの一端に形
   成された複合焼結材料円柱体とほぼ同一径の孔に
   押し込み、固定した後、複合焼結材料円柱体部に
   真直又はねぢれ溝と先端刃付けを行つて得られる
   直径が３mm以下の焼結体小径ドリルにおいて、シ
   ヤンクが熱伝導率0.1cal／cm・sec.・℃以上でか
   つ硬度がHRc25以上である下記、イ，ロ，ハの
   中の１つの材料で作られていることを特徴とする
   硬質焼結体小径ドリル。 イ 超硬合金 ロ Ｗを80〜98重量％含み、残部がNi―Feまた
   はNi―Fe―Ｃからなる合金 ハ Moを60〜90重量％含み、残部がCu系合金で
   ある合金。