(57)【要約】　　　（修正有）【課題】プリント基板の微細化に伴いドリル、ルーター等の工具が小径化し、突発的なチッピングや折損の発生頻度が増加しているので、信頼性が高いドリル、被覆ドリル、ルーターを提供する。【解決手段】研削加工又は切削加工で製造した超硬ドリル又はルータの表面の一部又は全部に、更に物理的及び／又は物理化学的な衝撃を与えることで、表面にいっそうの圧縮残留応力を富化したことを特徴とするプリント基板加工用高靭性ドリル及びルーター。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
研削加工又は切削加工で製造した超硬ドリル又はルータの表面の一部又は全部に、更に物理的及び／又は物理化学的な衝撃を与えることで、表面にいっそうの圧縮残留応力を富化したことを特徴とするプリント基板加工用高靭性ドリル及びルーター。
【請求項２】
研削加工又は切削加工で製造した超硬ドリル又はルータの表面の一部又は全部に、更に物理的及び／又は物理化学的な処理を加えて、中心線平均荒さを５μｍ以下としたことを特徴とするプリント基板加工用高靭性ドリル及びルーター。
【請求項３】
表面の一部又は全部に軟質又は硬質物質を被覆したプリント基板用超硬ドリル又はルーターにおいて、該表面にマクロ粒子が実質的に突出していないことを特徴とするプリント基板加工用高靭性ドリル及びルーター。
【請求項４】
研削加工又は切削加工で製造した超硬ドリル又はルータの表面の一部又は全部において、更に物理的及び／又は化学的な処理を加えて、Ｒａを５μｍ以下にしたのち、表面の一部又は全部に軟質又は硬質物質を被覆した該超硬ドリル又はルータの該表面にマクロ粒子が実質的に突出していないようにしたことを特徴とするプリント基板加工用高靭性ドリル及びルーター。
【請求項５】
請求項１〜４記載のプリント基板加工用高靭性ドリル及びルーターにおいて、該超硬ドリル及びルーターの刃径がそれぞれ０．４ｍｍ、１．０ｍｍ以下であることを特徴とするプリント基板加工用高靭性ドリル及びルーター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にプリント基板加工用に用いられる小径超硬ドリル又はルーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からプリント基板の加工に用いられるドリルやルーターは精度や寿命の観点から超硬合金、中でも超微粒超硬合金製が用いられている。その製造に当ってはダイヤ砥石による研削加工が一般的であるが、切削加工による製造も考えられている。超硬合金を加工するとよく知られているように、表面に圧縮応力が誘引される。このことはプリント基板を加工する場合には好都合となる場合が多い。概して、超硬ドリル又はルーターがチッピングや折損の事故に遭遇するのは局所的に超硬合金の持つ引張強度以上の応力が外部から負荷されるためである。超硬合金の引張り強度は圧縮強度の約１／３であるため、圧縮応力に対しては強いが、引張応力にはそれほど強くない。外部応力は当然表面から負荷されるので予め圧縮残留応力が超硬ドリルやルーターの表面に存在していると、その圧縮応力分だけ強度が増し、工具の信頼性が向上する。また他の工具と同様、表面に軟質又は硬質物質を被覆するとプリント基板加工用超硬ドリル又はルーターの耐久性や信頼性が向上する。軟質物質の被覆は工具表面の切欠き靭性を向上させ、硬質物質の被覆は耐摩耗性を向上させ、結果として、工具の信頼性と耐久性が向上する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
プリント基板が益々微細化して集積度が増していく現在、多くの課題が浮き彫りになってきた。微細化に伴いドリル、ルーター等の工具が小径化してきたため、突発的なチッピングや折損の発生頻度が増加し、工具としての信頼性が大きく低下する結果となっている。また、被覆ドリルやルーターに関しては、その被覆手段は密着性の点からアークイオンプレーティング（以下、ＡＩＰと記す。）が主流であるが、プリント基板が難加工材質へと、また同時加工の重ね枚数が増加するに伴い、予期せぬ寿命低下が生じているのである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を行った。その結果、プリント基板の難加工材質へ変化と、また加工の微細化と同時加工の重ね枚数の増加が根本原因で、そのため従来以上の負荷が工具に加わり、また切粉の溶着やドリル溝への滞留が工具の信頼性低下の直接原因をもたらすことが明らかとなった。このように工具の信頼性低下の主なる原因が推定できたので、次にその解決策を探った。もっとも効果が大きかったのはショットブラストや磁気ラップで代表されるもので、何らかのメディアを用いてプリント基板加工用の小径ドリルやルーターの表面を物理的に叩いて圧縮応力を印加したり、何らかのメディアを表面に沿って滑らせ表面荒さを小さくしたりすることである。
【０００５】
すなわち、第１の発明として、研削加工又は切削加工で製造した超硬ドリル又はルータの表面の一部又は全部に、更に物理的及び／又は物理化学的な衝撃を与えることで、表面にいっそうの圧縮残留応力を富化したことを特徴とするプリント基板加工用高靭性ドリル及びルーターであり、第２の発明として、研削加工又は切削加工で製造した超硬ドリル又はルータの表面の一部又は全部に、更に物理的及び／又は物理化学的な処理を加えて、中心線平均荒さを５μｍ以下としたことを特徴とするプリント基板加工用高靭性ドリル及びルーターであり、第３の発明として、表面の一部又は全部に軟質又は硬質物質を被覆したプリント基板用超硬ドリル又はルーターにおいて、該表面にマクロ粒子が実質的に突出していないことを特徴とするプリント基板加工用高靭性ドリル及びルーターであり、第４の発明として、研削加工又は切削加工で製造した超硬ドリル又はルータの表面の一部又は全部において、更に物理的及び／又は化学的な処理を加えて、Ｒａを５μｍ以下にしたのち、表面の一部又は全部に軟質又は硬質物質を被覆した該超硬ドリル又はルータの該表面にマクロ粒子が実質的に突出していないようにしたことを特徴とするプリント基板加工用高靭性ドリル及びルーターである。
【０００６】
表面をプラズマ中で被爆させる物理化学的な手法を用いて表面に圧縮応力を発生させるのも１手段である。尚、ショットピーニングの応用には、例えば、特開平４−３３１０７０号公報に開示されたものは工具の表面組織を微細化、緻密化して金属疲労及び高温脆性を増加させるものがある。しかし、本発明は工具径が極めて小さい極小径のプリント基板用工具へのショットブラストであり、素材である超硬合金の表面組織を微細化させるほど強烈なショットピーニングによる物理的な衝撃を加えることができないという点で該特許とは峻別される。また、特願平７−３５１０２３号公報には素材丸棒に予めショットピーニングを施した後、完成品のドリルを製造する方法が開示されている。本発明は、研削又は切削加工による圧縮応力に更にショットブラストによる圧縮応力を加算するもので、ショットピーニングと研削加工の効果が加算される部位と加算されない部位が混在する該特許とは明らかに異なるものである。
【０００７】
被覆工具については、殆ど例外なく被覆表面に異常成長粒子や巨大クラスタリング粒子、いわゆるマクロ粒子、が付着して、表面粗さを悪くしたり、切粉の排出性を低下させたりしている。被覆後上述と同様の処理を行うと信頼性が極めて向上する。勿論被覆前にショットブラストなどの処理をしてから被覆処理を行い、更に被覆後ショットブラスト、磁気ラップ、プラズマ処理などの処理を行うことは更に大きな効果が期待できる。
【０００８】
本発明はプリント基板加工用に使用されるドリルとルーターに関する。プリント基板加工用ドリルとルーターでは本発明の実施例は無い。その効果は後に実施例で示すが極めて大きい。本発明では研削加工などで一旦完成した工具に更にショットブラストなどの処理を施して圧縮残留応力を高めることで効果が発揮される。圧縮応力の上昇分だけ信頼性が高まる。表面粗さに着目すると、Ｒａを５μｍ以下にすると、切粉の工具への溶着が激減し、また切粉の排出性も飛躍的に向上する。Ｒａ＞５μｍでは大きな効果が期待できない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
軟質物質とは基体となる超硬合金よりも硬さが低い物質で、例えば、ＣｒやＮｉ或いはＣｒＮなどの被覆物質を意味する。超硬合金の硬さは通常ビッカース硬さで１４００以上あるので、硬さがＨｖ１４００未満を軟質物質とする。硬質物質とは反対に超硬基体よりも硬い物質で、工具分野で用いられるのは、例えば周期律表で４ａ、５ａ、６ａ族、Ａｌの炭化物、窒化物、酸化物、硼化物あるいはそれらの混合物若しくは固溶体などを意味する。これらの物質は通常耐火物と呼称され硬くて、安定な物質である。これら硬質物質を被覆する場合、往々にして異常成長粒子や、マクロ粒子として被覆表面に突起物を形成する。被覆表面にこのような突起物が存在すると、切粉の溶着や流れを阻害することになり、そのことが切刃への負担を大きくし、結果として工具寿命を縮めたり、信頼性を低下させたりする。ショットブラスト、磁気研摩、プラズマ処理などで、表面の突起物を除去したり、それに加えて圧縮残留応力を負荷したりすると、切刃への負担が減少すると共に、膜の強度が向上して、結果として工具の信頼性が向上する。そう云った意味で被覆表面の突起物を実質的に除去することは、本発明の趣旨に叶う。本発明においてドリル、ルーターの刃径がそれぞれ０．４ｍｍ、１．０ｍｍ以下においては、その効果は極めて大きい。プリント基板が高密度化、ミニチュア化するに伴い、工具の刃径が小さくなり、そのため工具への負担は激増する。本発明はそう云った場合に特に効果が大きいのである。しかしながら、１．０ｍｍを超えた場合に本発明の効果が全く無くなる訳では無く、本発明はそれなりに価値は大きい。また、本発明のドリル及びルーターの素材については超硬合金としたが、サーメット、高速度鋼、セラミックについても同様の効果を確認している。
【００１０】
【実施例】
平均粒径が０．６μｍのＷＣ粉末、平均粒径が１．２μｍのＣｏ粉末、平均粒径が１．０μｍのＴａＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末を重量％で７．５％Ｃｏ−０．４％Ｃｒ３Ｃ２−０．２％ＴａＣ−９１．９％ＷＣになるよう秤量後、該混合粉末に４％の押し出し成形用のワックスを添加してアトライター混合機を用いてアルコール中で５時間混合した。混合後乾燥したのち押し出し成形を行なったあと真空中で焼結を行い、外径１．５ｍｍの丸棒を作製した。該焼結丸棒を用いて刃径０．２５ｍｍのドリルと刃径１．０ｍｍのルーターをダイヤ研削加工で製作した。作製したドリルとリーマを表１に示す処理それぞれ行なった。
【００１１】
【表１】
2004082301.tif 000002
【００１２】
次に、表２、表３に示す条件で、それぞれドリル及びルーターの加工テストを実施した。ドリルでは、１０本のドリルを用いて、プリント基板を１２０００穴加工を成し遂げた本数で、ルーターでは、切削距離（ｍ）により、信頼性を評価した。その結果を表４に示す。
【００１３】
【表２】
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【００１４】
【表３】
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【００１５】
【表４】
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【００１６】
表４より、ドリルにおいては、表面処理Ｂの本発明例１〜３は、太径では１０／１０であったが、径が細くなるに従い、６／１０迄低くなったが、比較例４の無処理品と比較すると、信頼性は２／１０に対し、８／１０と高いことが分る。次に、本発明例２と同じ径で、処理方法をＣ：磁気研磨、Ｄ：プラズマボンバー処理、Ｆ＋Ｂ：ＴｉＮ被覆後ショットブラスト処理、Ｂ＋Ｆ＋Ｃ：ショットブラスト後ＴｉＮ被覆し、磁気研磨、の本発明例５〜８は、各々１０本中、９、１０、１０、１０と信頼性評価で最も優れた性能を示した。ＣｒＮ、ＴｉＮ被覆後無処理の比較例９、１０は、切粉の排出性が低いため、各々１０本中、３、４本と信頼性が低いものとなった。
【００１７】
表４より、ルーターにおいては、表面処理Ｃの本発明例１１〜１３では、径によらず４０ｍ以上の切削を行うことができたが、比較例１４の無処理品と比較すると、信２倍以上の切削長が得られている。次に、本発明例１２と同じ径で、処理方法をＢ：ショットブラスト、Ｄ：プラズマボンバー処理、Ｆ＋Ｂ：ＴｉＮ被覆後ショットブラスト処理、Ｂ＋Ｆ＋Ｃ：ショットブラスト後ＴｉＮ被覆し、磁気研磨、の本発明例１５〜１８は、いずれも４０ｍ以上の切削を行うことができ、特に、ショットブラスト後ＴｉＮ被覆し、磁気研磨で異常成長粒子や巨大クラスタリング粒子、いわゆるマクロ粒子、を除去した本発明例１８では、最高の８８ｍ迄切削を行うことができた。ＣｒＮ、ＴｉＮ被覆後無処理の比較例１９、２０は、マクロ粒子等により切粉の排出性が低いため切削長が１９ｍと２３ｍ低下した。
【００１８】
【発明の効果】
上記説明した如く、微細化し、集積度が増してプリント基板においても、本発明の小径のドリル、ルーター等の工具では、突発的なチッピングや折損の発生頻度を低下させることができ、工具としての信頼性が大きく向上した。