(57)【要約】【課題】プリント基板の穴あけなどに利用される小径のドリルであって、耐摩耗性に優れるドリルとその製造方法を提供する。【解決手段】WC及びCoを主成分とする超硬合金からなるドリルである。このドリルは、0.5mm以下の刃径Dを有し、ドリルの少なくとも刃溝部の表面側にCo低減層を、その内側に内周部を備える。この内周部におけるCo含有量をCo(i)（質量％）、Co低減層におけるCo含有量をCo(o)（質量％）とするとき、両者の比率Co(o)/Co(i)が50％以上80％未満であり、Co低減層の厚さが10μm未満である。【選択図】図1
2011167776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
WC及びCoを主成分とする超硬合金からなるドリルであって、
0.5mm以下の刃径を有し、
前記ドリルの少なくとも刃溝部の表面側にCo低減層を、その内側に内周部を備え、
このCo低減層におけるCo含有量をCo(o)（質量％）、内周部におけるCo含有量をCo(i)（質量％）とするとき、両者の比率Co(o)/Co(i)が50％以上80％未満であり、
Co低減層の厚さが10μm未満であることを特徴とするドリル。
【請求項２】
前記内周部のドリル径方向の組成分布が実質的に均一であることを特徴とする請求項1に記載のドリル。
【請求項３】
前記超硬合金はCrを含有しており、
この超硬合金におけるCo含有量（質量％）に対するCr含有量（質量％）の比率Cr/Coが4％以上7％未満であることを特徴とする請求項1又は2に記載のドリル。
【請求項４】
前記超硬合金中のWCの平均粒径が0.5μm以上1.5μm以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のドリル。
【請求項５】
WC及びCoを主成分とする超硬合金からなって刃径が0.5mm以下のドリルの素材を用意する工程と、
この素材の少なくとも刃溝部を酸に浸漬して、刃溝部の表面側にCo低減層を形成する工程とを含み、
前記Co低減層は、
Co低減層におけるCo含有量をCo(o)（質量％）、Co低減層よりも内側の内周部におけるCo含有量をCo(i)（質量％）とするとき、両者の比率Co(o)/Co(i)が50％以上80％未満であり、
厚さが10μm未満であることを特徴とするドリルの製造方法。
【請求項６】
前記酸がpH4〜6の弱酸であることを特徴とする請求項5に記載のドリルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、WC-Co基超硬合金からなる小径のドリルとその製造方法に関するものである。特に、耐摩耗性に優れるドリルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、穴あけ加工には、WC(炭化タングステン)を主たる硬質相とし、この硬質相をCo(コバルト)といった結合相で結合したWC-Co基超硬合金からなるドリルが利用されている(例えば、特許文献1)。特に、プリント基板などの穴あけ加工には、ドリル径が0.5mm(500μm)以下といった小径のドリル(以下、マイクロドリルと呼ぶ)が利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2006-167856号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、切削環境が益々苛酷なものとなってきている。上記プリント基板の穴あけ加工に用いられるマイクロドリルでは、複数の基板を積層させて一度に加工する加工数を増加したり、プリント基板の構成材料に切削し難い材料(難削材)が用いられたり、1本のマイクロドリルの加工穴数を多くしたり、といった環境が挙げられる。しかし、従来のマイクロドリルでは、上記要求に十分に対応できていない。この原因の一つとして、従来のマイクロドリルでは、耐摩耗性に劣ることが挙げられる。
【０００５】
例えば、WCの粒成長の抑制効果を有する元素を添加した超硬合金とし、WCの平均粒径を0.5μm未満といった非常に微粒にすることで、耐摩耗性を向上することが考えられる。しかし、超硬合金中のWCの粒径が微細過ぎることで、切削加工時に耐摩耗性に劣るCoが摩耗により脱落する際に、WC粒子も脱落し易くなり、耐摩耗性の向上効果を十分に得ることが難しい。特に、加工対象(被削材)が難削材からなる場合、硬度が低いCoの摩耗が著しい。
【０００６】
また、上記粒成長抑制効果を有する元素を単に増加させた場合、超硬合金自体の硬度が高くなり、チッピングが生じ易くなる。
【０００７】
一方、特許文献1では、ドリル表面のCoを脱落させることで、切削抵抗を低減することを提案している。しかし、本発明者らが調べたところ、マイクロドリルの場合、特許文献1に記載されるようにCoを過剰に脱落させると、折損し易くなり、耐摩耗性を向上することが難しい、との知見を得た。
【０００８】
そこで、本発明の目的の一つは、耐摩耗性に優れる小径のドリルとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、超硬合金からなる細径のドリルにおいて、ドリル表面部のCoの低減される程度と領域とを特定することで、特に耐摩耗性の向上に効果があるとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明のドリルは、WC及びCoを主成分とする超硬合金からなるドリルに係るものである。このドリルは、0.5mm以下の刃径を有し、前記ドリルの少なくとも刃溝部の表面側にCo低減層を、その内側に内周部を備える。そして、この内周部におけるCo含有量をCo(i)（質量％）、Co低減層におけるCo含有量をCo(o)（質量％）とするとき、両者の比率Co(o)/Co(i)が50％以上80％未満であり、Co低減層の厚さが10μm未満であることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、ドリルの表面部の極薄い領域に、Co含有量が適度に低減されたCo低減層を形成することで、高い耐摩耗性を有するドリルとすることができる。
【００１２】
本発明のドリルの一形態として、前記内周部のドリル径方向の組成分布が実質的に均一とすることが挙げられる。
【００１３】
この構成によれば、内周部のドリル径方向の組成分布、特にCoの含有量の分布が実質的に均一であるため、ドリルの大半を占める内周部の径方向に組成が大きく変化する箇所がなく、ドリル全体としての強度を安定させることができる。
【００１４】
本発明のドリルの一形態として、前記超硬合金はCrを含有しており、この超硬合金におけるCo含有量（質量％）に対するCr含有量（質量％）の比率Cr/Coを4％以上7％未満とすることが挙げられる。
【００１５】
この構成により、超硬合金の耐食性を適度に調整し、酸によりドリルの表面部からCoの除去を行う際に、Coの除去量を調整しやすくできる。
【００１６】
本発明のドリルの一形態として、前記超硬合金中のWCの平均粒径を0.5μm以上1.5μm以下とすることが挙げられる。
【００１７】
この構成によれば、微細な硬質相を持つ超硬合金でドリルを構成することにより、耐摩耗性の高いドリルとすることができる。
【００１８】
一方、本発明のドリルの製造方法は、以下の工程を含むことを特徴とする。
WC及びCoを主成分とする超硬合金からなって刃径が0.5mm以下のドリルの素材を用意する工程。
この素材の少なくとも刃溝部を酸に浸漬して、刃溝部の表面側にCo低減層を形成する工程。
なお、このCo低減層は、Co低減層におけるCo含有量をCo(o)（質量％）、Co低減層よりも内側の内周部におけるCo含有量をCo(i)（質量％）とするとき、両者の比率Co(o)/Co(i)が50％以上80％未満であり、厚さが10μm未満である。
【００１９】
この構成によれば、ドリルの素材を酸に浸漬するという簡易な方法にて、本発明のドリルを製造することができる。
【００２０】
本発明のドリルの製造方法の一形態として、前記酸がpH4〜6の弱酸であることが挙げられる。
【００２１】
pH4〜6の弱酸を用いれば、ドリルの表面部から過度にCoが除去されることを抑制でき、Co低減層におけるCoの除去量を調整しやすくできる。弱酸の具体例としては、酒石酸、クエン酸、グルタル酸などが挙げられる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のドリルは、表面部に極薄いCo低減層を設けることで、耐摩耗性を向上させることができる。
【００２３】
また、本発明のドリルの製造方法は、本発明のドリルを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態に係る本発明のドリルを示す側面図である。
【図２】実施例Aの横断面をEDXにて線分析した組成分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２６】
本発明のドリルは、WC-Co基超硬合金から構成される所定の細径のドリルである。このドリル1は、例えば、図1に示すように、シャンク部12の先端側に刃溝部10を備える。刃溝部10は、らせん状のフルートを有する箇所である。この刃溝部10の表面側にCo低減層が形成され、その内側に内周部が設けられている。そして、このCo低減層と内周部におけるCo含有量の比率と、Co低減層の厚みとを特定することが本発明ドリルの特徴の一つとするところである。以下、本発明のドリルの構成要件をより詳しく説明すると共に、そのドリルの製造方法も併せて説明する。
【００２７】
[ドリル]
＜ドリルの種類＞
《刃径》
本発明のドリルの刃径D（図１参照）は、0.5mm以下とする。すなわち、一般にマイクロドリルと呼ばれるドリルが本発明の対象である。このような細径のドリルは、後に詳述するCo低減層が極薄い場合であっても、そのCo低減層の存在がドリルの切削特性に大きく影響を及ぼす。そのため、このような細径のドリルにおいて、所定のCo低減層を設けることで耐摩耗性を向上でき、さらにはチッピングの抑制にも効果的である。このドリルの刃径は、例えば300μm以下でもよい。特に、Co低減層の存在が切削特性に及ぼす影響が大きくなる100μm以下の刃径のドリルにおいて、耐摩耗性の向上効果が高いと考えられる。
【００２８】
《刃先形状》
ドリルの刃先形状は、特に限定されず、ストレートタイプやアンダーカットタイプのいずれでもよい。図１では、アンダーカットタイプのドリルを示している。
【００２９】
＜Co低減層と内周部＞
《Co含有量の比率》
Co低減層におけるCo含有量をCo(o)（質量％）、内周部におけるCo含有量をCo(i)（質量％）とするとき、両者の比率Co(o)/Co(i)は、50％以上80％未満である。この比率Co(o)/Co(i)を50％以上とすることで、Co低減層における過剰なCoの脱落を回避し、Coを含む結合相にてWCを適切に保持することで、耐摩耗性の改善効果を得ることができる。また、この比率Co(o)/Co(i)を80％未満とすることで、Coを主成分とする結合相から硬質相のWC粒子の一部を露出させ、切削性を向上することができる。加えて、ドリルの最表面にCoが相対的に少量しか存在しないことにより、耐摩耗性を向上することができ、ドリルの偏摩耗も抑制できる。より好ましいCo(o)/Co(i)の下限値は60％以上である。
【００３０】
Co低減層及び内周部におけるCo含有量の測定は、EDXの面分析にて行うことができる。より具体的には、Co低減層のCo含有量は、ドリルの外周面から電子線を照射してEDXによる分析を行い、その結果からCo低減層のCo含有量を求めればよい。また、内周部のCo含有量は、ドリルの横断面を形成し、この横断面におけるドリルの中心箇所に電子線を照射して、その分析結果から内周部のCo含有量を求めればよい。この内周部のCo含有量は、Co低減層以外の箇所であれば、どの位置から求めてもよい。
【００３１】
《Co低減層の厚み》
Co低減層の厚みは、10μm未満とする。このような薄いCo低減層とすることで、切削時のCoの摩耗に伴う硬質相粒子の脱落を抑制し、ドリルの耐摩耗性を向上できると共に、ドリルの靭性も確保することができる。より好ましいCo低減層の厚みは5μm以下、さらに好ましいCo低減層の厚みは3μm以下である。
【００３２】
このCo低減量の厚みは、EDXによる分析結果を利用して推定している。一般に、EDXによる分析において、電子線の試料に対する浸透深さは、加速電圧にもよるが0.5〜3.0μm程度である。また、後述する実施例で示すように、ドリルの横断面をEDXで径方向に線分析した場合、ドリルの表面側と内周側とで有意的なCo含有量の差異は認められなかった。一方で、ドリルの外周面から電子線を照射した面分析と、ドリル横断面の中央部に電子線を照射した面分析とでは、明らかにCo含有量に差異が認められた。これらの結果から推測すると、Co低減層の厚みは、せいぜい10μmであり、おそらくは5μm以下、さらには3μm以下であると考えられる。
【００３３】
このCo低減層の厚みは、上述した刃径のドリルであれば、刃径に関わらず10μm未満で構わない。但し、刃径が小さくなると、Co低減層がドリルの切削特性に及ぼす影響が大きくなると考えられるため、刃径が小さい場合は、Co低減層の厚みも小さくすることが考えられる。
【００３４】
《Co低減層の形成領域》
Co低減層の形成領域は、少なくとも刃溝部の全体とする。つまり、刃溝部の根元側（シャンク側）から先端のチゼルエッジまでの全周にCo低減層を形成する。この刃溝部は、切削に直接関与する箇所であり、その刃溝部にCo低減層を設けることで、ドリルの耐摩耗性を改善できる。なお、シャンク部にCo低減層が形成されていることは、直接切削特性に影響しないが、シャンク部の表面側にCo低減層が形成されていても構わない。後述するように、ドリルの工業生産性を考慮すれば、Co低減層の形成は刃溝部だけでなくシャンク部も含めたドリル素材の全体を酸に浸漬することで行うため、この浸漬により、結果的にシャンク部にもCo低減層が形成される。
【００３５】
《内周部の組成分布》
内周部の組成分布は、通常、ドリルの径方向に亘って実質的に均一である。つまり、ドリルの横断面の径方向に並ぶ複数箇所に対してEDXによる面分析を行った場合、各分析箇所における組成に有意的な差が見られない。換言すれば、Co低減層のみCo含有量が相対的に低くなっており、Co低減層以外の箇所は実質的に均一な組成を有する。このような内周部を備えることで、ドリル全体としての強度が安定すると考えられる。
【００３６】
＜ドリルの構成材料の組成＞
このドリルの構成材料は、WC-Co基超硬合金である。例えば、所定量のCoと残部がWC及び不可避的不純物からなる超硬合金によりドリルを構成する。さらに、CrやVなど、他の添加元素を含有する場合もある。
【００３７】
《WC》
WCは、超硬合金における構成材料のうち、次述するCo（添加元素がある場合はCoと添加元素の合計）以外を占める。このWCの平均粒径は、0.5μm以上1.5μm以下であることが好ましい。平均粒径が0.5μm未満と小さ過ぎると、WCのCoに対する保持力が小さく、切削時にWCが脱落して耐摩耗性の向上効果が小さい。逆に、平均粒度が1.5μm超であると、微細な硬質相を用いたことによる耐摩耗性の向上効果がやはり小さい上、粗大なWCが折損の起点になる可能性がある。より好ましいWCの平均粒径は、0.7μm以上、1.2μm以下である。
【００３８】
《Co》
Coの含有量は、5〜12質量％とすることが好ましい。5質量％以上Coを含有することで、ドリルの靭性を高め、チッピングや折損を抑制することに効果的である。また、12質量％以下のCoを含有することで、相対的にWCの含有量を高め、耐摩耗性に優れたドリルとすることができる。より好ましいCoの含有量は、6.0質量％以上、8.0質量％以下である。
【００３９】
《Cr》
ドリルを構成する超硬合金には、Crを含有することが好ましい。超硬合金に対してCrを所定量含有することで、超硬合金に適度な耐食性を付与し、Co低減層の形成を容易にすることができる。後述するように、Co低減層の形成は、超硬合金のドリル素材を酸に浸漬することで行う。その際、Crの添加により超硬合金に適度な耐食性を付与することで、酸による結合相の過度な浸食を抑制し、本発明が規定するCo低減層を容易に形成することができる。また、CrはWCの粒成長を効果的に抑えて粗大なWCの発生を低減し、微細で均等な大きさのWCが均一的に分散される超硬合金を安定して製造することにも寄与する。
【００４０】
このCrの含有量は、超硬合金におけるCo含有量（質量％）に対するCr含有量（質量％）の比率Cr/Coが4％以上7％未満となるようにすることが好適である。この比率が4％未満では、超硬合金の耐食性を向上させる効果が少なく、逆に7％以上になると、耐食効果が高いため、比率Co(o)/Co(i)が適正な範囲のCo低減層を形成しにくい。また、比率Cr/Coが4％以上7％未満であれば、WCの粒成長抑制効果も得られる。なお、Crは、例えばCr3C2粉末を原料粉末として用いることで超硬合金中に含有させることができる。そして、Crの超硬合金に対する含有量としては、0.3〜0.8質量％程度が好適である。
【００４１】
《V》
本発明のドリルを構成する超硬合金には、Crに加えて、さらにVを含有していてもよい。VもCrと同様にWCの粒成長の抑制効果が高く、CrとVとの双方を含有することで、WCの粒成長を更に効果的に抑えられる。このVの含有量は、超硬合金に対するCrとVの合計含有量が0.3〜0.8質量％程度となるようにすることが好ましい。下限を下回ると超硬合金に適度な耐食性と粒成長抑制効果を付与することが難しく、比率Co(o)/Co(i)が適正な範囲のCo低減層を形成しにくい。逆に、上限を超えると、Vが炭化物として析出し易くなり、超硬合金の硬度が高くなって、チッピングを生じやすくなる。なお、Vは、例えばVC粉末を原料粉末に用いることで超硬合金中に含有させることができる。原料粉末におけるVC粉末の含有量、又は超硬合金中におけるVの含有量は、0(0を含む)〜0.3質量％程度が好適である。
【００４２】
[ドリルの製造方法]
このドリルの製造方法は、刃溝部を有するドリル素材の準備工程と、この素材を酸に浸漬してCo低減層を形成する浸漬工程とを有する。
【００４３】
＜素材の準備＞
素材の準備は、刃溝部を有するドリルの素材を用意できればよい。この素材を作製する場合、通常、原料の準備→原料の混合・粉砕→乾燥→成形→焼結→加工という工程で製造される。
【００４４】
《原料粉末の準備》
原料粉末は、焼結後の粒径が所定の微細な粒子になるように、微細なものを用いることが好ましい。WCは上述した焼結体におけるWCの平均粒径よりも小さな平均粒径のWC粉末を用いることが好適である。例えば、平均粒径が0.2μm以上1.0μm以下程度のWC粉末が好適に利用できる。CoもWC粉末と均一に混合されやすいように、WC粉末と同程度の微細なものを利用することが好ましい。具体的には、平均粒径が0.2μm以上0.6μm以下のCo粉末が好ましい。0.2μm未満であると、Coが小さ過ぎることで再凝集し易くなってCoが均一的に分散されず、焼結性の低下や、焼結性の低下に伴う焼結温度の高温化によりWCの粒成長を促して、均一的な粒度分布が得られ難くなる。0.6μm超であると、微細なWC粉末と均一的に混合され難くなり、Coが不均一に存在することの要因となる。その他、CrやVは、Cr3C2やVCの粉末を原料粉末として用いればよい。
【００４５】
《原料粉末の混合・粉砕》
原料粉末の混合・粉砕には、アトライター、ボールミル、ビーズミルといった回転翼を有する粉砕分散機により、混合・粉砕を行う。一般に、混合・粉砕工程の全体に亘って高速回転で行うと、Coの凝集が生じて分散状態が悪くなり、WCが成長し易くなるなど、組織の不均一化を招くことがある。一方、混合・粉砕工程の全体に亘って低速回転で行うと、粉砕や混合が不十分で組織の不均一化を招くことがある。
【００４６】
《乾燥・成形・焼結・加工》
乾燥、成形、焼結・加工などは、一般的な条件と同等程度の条件を利用することができる。例えば、成形は、乾燥後の原料粉末を加圧して、所定の外径を有する丸棒に成形することで行う。焼結条件は、焼結温度:1360〜1450℃、焼結時間：30分以上、120分以下での真空焼結、Ar雰囲気焼結、又はCO雰囲気焼結などが挙げられる。この焼結後に、HIPを行うことが好ましい。HIPを行うことで、焼結後の超硬合金中に残存する微細な巣(ポア)を消滅することができ、緻密な超硬合金とすることができる。さらに、加工により、得られた焼結材をドリルの形状に加工する。
【００４７】
＜酸への素材の浸漬＞
酸にドリル素材を浸漬することで、所定のCo低減層を形成する。このCo低減層におけるCo含有量の調整には、主として「酸の種類」、「酸の温度」及び「浸漬時間」を調整することで実現できる。その他、このCo含有量の調整には、前述したように、Crの含有量を変えることも挙げられる。
【００４８】
《酸の種類》
Co低減層を形成するための酸としては、酒石酸、クエン酸、グルタル酸などの弱酸が好適である。これらは弱い酸であり、超硬合金から過度にCoが除去されることを抑制できる。酸の強弱の指標としてはpHがあるが、本発明の製造方法で用いる酸の好ましいpHとしては、4〜6程度が挙げられる。この下限よりもpHが小さければ、Coが過剰に除去される傾向にあり、上限よりもpHが大きければ、適切なCo含有量のCo低減層が形成できなかったり、Co低減層を形成するのに時間がかかるなどの不具合が生じやすい。
【００４９】
《酸の温度》
酸の温度は、一般に、高温にするほど超硬合金からCoの低減を促進する傾向がある。簡便には、常温の酸に素材を浸漬することが挙げられるが、生産性を考慮すると、ある程度酸を加熱することが好ましい。例えば、40〜45℃程度に加熱した酸を用いることが挙げられる。
【００５０】
《浸漬時間》
ドリル素材を酸に浸漬する時間は、一般的に、長くなるほど超硬合金からCoの低減を促進する傾向がある。ドリルの生産性を考慮すると、この浸漬時間は5分以下程度が好ましく、さらには3分以下が好ましい。
【００５１】
《浸漬範囲》
ドリル素材の浸漬範囲は、少なくとも刃溝部の領域とする。刃溝部を酸に浸漬することで、その全面にわたってCo低減層を形成することができる。勿論、ドリル素材全体を酸に浸漬し、シャンク部も含むドリルの全体の表面にCo低減層を形成してもよい。ドリルの生産性を考慮すれば、素材の特定箇所のみ酸に浸漬するよりも、全体を酸に浸漬する方が簡便である。
【００５２】
＜その他＞
その他、浸漬工程の後工程として、水洗いを行うことが挙げられる。この水洗いを行うことで、素材に付着した酸を除去する。それにより、さらにCoの除去が進行することを抑制する。
【００５３】
［試験例１］
所定の原料粉末を用意して超硬合金製のドリル素材を作製し、得られた素材を異なる条件で酸に浸漬して、複数種のマイクロドリルを作製した。そして、このドリルの表面及び内部における組成を分析すると共に、このドリルで穴あけ試験を行い、切削評価を行った。
【００５４】
＜ドリル素材の作製条件＞
Co粉末：6質量％、及び残部が実質的にWC粉末からなり、必要に応じてさらにCr3C2粉末：0.3〜0.7質量％、VC粉末：0.15質量％を含有する原料粉末をアトライターで10〜20時間混合し、得られた混合粉末をスプレードライヤーで乾燥・造粒して造粒粉末を作製した。Cr3C2粉末、VC粉末を用いた場合、各粉末の含有量は、焼結後の超硬合金中のCrとVの合計含有量が0.3〜0.8質量％となるようにした。得られた造粒粉末を成形型に投入して加圧し、丸棒状の成形体を成形した。得られた成形体を焼結炉内に配置し、真空中にて1360〜1450℃で2時間焼結する。さらに、得られた焼結体に1400℃、10気圧(約10MPa)のAr雰囲気中でHIPを行い超硬合金の丸棒材を得た。そして、この丸棒材に所定のフルート加工を行い、刃径0.2mm、シャンク径3mmのドリル素材を製造した。
【００５５】
＜酸洗い条件＞
続いて、この素材の全体を酸に浸漬して、素材の表面側にCoが低減されたCo低減層を形成する。具体的な酸洗い条件は、表1に示す通りである。また、酸の温度は、いずれも45℃とした。
【００５６】
＜組成分析条件＞
得られたドリルの組成分析は、EDXにより面分析を行う。具体的には、ドリルの外周面に電子線を照射して、その照射領域の組成を分析し、さらにドリルの横断面における中心部（内周部）に電子線を照射して、その照射領域の組成を分析する。前者からCo低減層のCo含有量(Co(o))を検出でき、後者から内周部のCo含有量(Co(i))を検出できる。そして、両者の比率Co(o)/Co(i)を演算で求めた。併せて、ドリル全体におけるCoの含有量（原料粉末としてのCo粉末の含有量）とドリル全体におけるCrの含有量（原料粉末としてのCr3C2粉末の含有量から求めたCrの含有量）から、両含有量の比率（Cr/Co）も求めた。その他、参考のため、ドリルの横断面に対して、径方向に線分析にて組成分析を行った。
【００５７】
＜穴あけ試験条件＞
被削材：CCL（銅張り積層板：Copper  clad  laminate）  0.4mm厚×5枚
回転数：150000r.p.m
送り量f：5μm/rev.
切削油：不使用（乾式）
加工穴数：3000穴
評価基準
摩耗面積比：ドリルの先端側から端面画像を取得し、この画像から、穴あけ試験開始前のドリルの輪郭から消失した領域と、穴あけ試験後に残存しているが表面部に摩耗が見られる領域との合計を摩耗面積とし、前記端面全体の面積に対する摩耗面積の比率を求める。
チッピング：刃溝部でのチッピングの有無を確認する。
【００５８】
ドリルの諸条件を表1に、穴あけ試験結果を表2に示す。
【００５９】
【表１】
2011167776.tif 000003
【００６０】
【表２】
2011167776.tif 000004
【００６１】
表１に示すように、実施例A〜Cは、酒石酸による酸洗いであり、浸漬時間に関わらず、いずれもCo低減層における比率Co(o)/Co(i)が50％以上80％未満の範囲に入っている。また、EDXにおける電子線の試料への浸透深さが3μm程度であることや、図２に示すように、実施例Aに対する線分析ではドリルの内周部と外周面近傍で、Co含有量の有意的な差異が認められなかったこと、さらには実施例B、C、比較例３も同様の傾向のグラフであったことを考慮すると、Co低減層の厚みはいずれも5μm未満であると推測される。図２において、横軸はドリルの中心からの径方向の距離を、縦軸は検出した特性X線の強度を示しており、グラフの右端近傍でタングステンの波形が大きく低下している箇所が素材の表面である。このグラフを見れば、素材表面から内側に5μmの領域は、他の領域に比べてCo含有量が有意的に減少しているとはいい難い。
【００６２】
一方、硝酸にて酸洗いを行った比較例１では、浸漬時間が各実施例よりも短いにも関わらず、Co低減層における比率Co(o)/Co(i)が小さかった。これは、強い酸により、素材表面のCoが過剰に除去されているためと考えられる。また、比較例１ではCo低減層の厚さも厚い。このCo低減層の厚さは、線分析の結果、ドリルの内周部と外周面近傍で、Co含有量に有意的な変位点が認められたことから求めている。さらに、Co低減層の厚みには大きなばらつきがあったことから、硝酸による酸洗いでは、Co低減量の安定したCo低減層を得ることが難しいことがわかる。
【００６３】
また、実施例A〜C及び比較例３を対比すると、比率Cr/Coが4.0〜7.0％未満程度の場合に比率Co(o)/Co(i)を50％以上80％未満にできていることがわかる。これは、Crの添加により超硬合金の耐食性が向上し、酸に浸漬した際、Co低減量が緩和されたためと推測される。例えば、比較例２では、ドリルの内周部と外周面近傍で線分析によるCo含有量の差異が認められず、Co低減層の厚さが薄いものの、比率Cr/Coが2.5％と低いため、比率Co(o)/Co(i)も50％未満である。
【００６４】
そして、これら各試料の穴あけ試験結果を見れば、各実施例はいずれも折損を生じることなく穴あけ加工が行え、摩耗面積比が低く、かつチッピングも生じていないことがわかる。一方、比率Co(o)/Co(i)が小さい比較例1、2は試験途中で折損してしまい、比率Co(o)/Co(i)が大きい比較例３はチッピングが認められた。
【００６５】
その他、各試料のドリルの横断面からWCの平均粒径を求めたところ、実施例A〜Cはいずれも0.5μm以上1.5μm以下であった。この平均粒径は、研磨した横断面を約5000倍の倍率で、FESEM(Field  Emission  Scanning  Electron  Microscope)によるEBSD(Electron  Back-Scatter  Diffraction)法を用いて観察して求めた。より具体的には、研磨した面に対して任意の複数の視野(例えば3視野)を選択して、各視野中に存在する全てのWCの結晶粒について、結晶方位毎に色別(マッピング)を行い、結晶粒径を視覚的に把握できるようにする。得られたマッピング像に画像解析を行い、複数の視野に存在する全てのWCについて各粒子面積の円相当径を求め、この円相当径をWCの粒径とし、複数の視野に存在する全てのWCの粒径を平均して超硬合金の平均粒径とする。
【００６６】
［試験例２］
次に、試験例１とは超硬合金の組成以外が同様のドリルを作製して比率（Cr/Co）及び比率Co(o)/Co(i)を求め、さらに同様の切削試験を行って摩耗面積比を求めた。各比率の求め方は試験例１の場合と同様である。また、いずれの試料もWCの平均粒径は0.5μm以上1.5μm以下であり、酸洗い条件はpH5で45℃の酒石酸に１分浸漬とした。各試料のCo低減層の厚さは5μm未満と考えられる。各ドリルの組成と試験結果を表３に示す。
【００６７】
【表３】
2011167776.tif 000005
【００６８】
表３から明らかなように、比率Co(o)/Co(i)が50％以上80％未満の場合に折損が生じることなく、かつ摩耗面積比も小さいことがわかる。また、比率Cr/Coは4％以上7％未満、特に4％以上6％未満が好ましいといえる。この比率が4％未満では、ドリル表面の摩耗が多く、折損しやすい。逆に、この比率が7％以上であると、ドリルの刃先の摩耗面積比が大きくなる傾向にある。さらに、焼結後の超硬合金中のCrとVの合計含有量が0.3〜0.8質量％、特に0.3質量％以上0.6質量％未満とすることが好ましいといえる。その他、クエン酸、グルタル酸などの弱酸についても同様の結果となることが期待できる。
【００６９】
なお、上述した実施の形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、超硬合金の組成や、原料粉末の平均粒径などを適宜変更することができる他、ドリルの表面に各種セラミックスなどの被覆層を形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明のドリルは、プリント基板の穴あけ加工などに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
1  ドリル
10  刃溝部
12  シャンク部
【図１】
2011167776.tif 000006
【図２】
2011167776.tif 000007