(57)【要約】【課題】高速穴あけ加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する超硬合金製ミニチュアドリルを提供する。【解決手段】ミニチュアドリルが、溝形成部とシャンク部からなり、少なくとも前記溝形成部を、いずれも結合相形成成分として、以下いずれも質量％で、Ｃｏ：４〜１６％、Ｃｒおよび／またはＶ：０．１〜３％、を含有し、残りが硬質相形成成分としての炭化タングステン（ＷＣ）と不可避不純物からなる組成を有し、かつ前記硬質相形成成分としてのＷＣ相が、これの中心部のオージェ電子分光分析装置による測定で、窒素：０．１〜０．２５％、酸素：０．２〜０．６％、を含有する超硬合金で構成する。【選択図】　　　　　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溝形成部とシャンク部からなり、少なくとも前記溝形成部を、いずれも結合相形成成分として、以下いずれも質量％で、
Ｃｏ：４〜１６％、
Ｃｒおよび／またはＶ：０．１〜３％、
を含有し、残りが硬質相形成成分としての炭化タングステンと不可避不純物からなる組成を有し、かつ前記硬質相形成成分としての炭化タングステン相が、これの中心部のオージェ電子分光分析装置による測定で、
窒素：０．１〜０．２５％、
酸素：０．２〜０．６％、
を含有する超硬合金で構成したこと、
を特徴とする高速穴あけ加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する超硬合金製ミニチュアドリル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特に硬質相を構成する炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）相がすぐれた靭性と耐熱性を有し、したがって高熱発生を伴なう高速穴あけ加工で、先端切刃面がすぐれた耐チッピング性を発揮する超硬合金製ミニチュアドリル（以下、単にミニチュアドリルと云う）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に、ミニチュアドリルとして、例えば図１（ａ）に概略拡大正面図で示される通り先端面を切刃面（以下、先端切刃面という）とし、かつ０．１〜２ｍｍの外径を有する溝形成部と、シャンク部とからなり、さらに前記溝形成部が図１（ｂ）に長さ方向中央部における中心線に対して直角な方向の断面（直角断面）図で示される形状を有すると共に、少なくとも溝形成部、すなわち溝形成部のみ、または溝形成部とシャンク部が、結合相形成成分として質量％（以下、％は質量％を示す）で、４〜１６％の割合で含有するＣｏ中に０．１〜３％の割合で固溶含有したＣｒおよび／またはＶ成分による粒成長抑制作用で、硬質相形成成分としてのＷＣ相の粒径を、平均粒径で、望ましくは０．７μｍ以下とした微粒組織の超硬合金で構成されたミニチュアドリルが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、ミニチュアドリルとして、シャンク部を再利用する目的で合金鋼や炭素鋼などで形成し、これに超硬合金の溝形成部を着脱自在に装着したものや、溝形成部とシャンク部を共に超硬合金で一体的に形成したものなどが知られている。
【０００３】
さらに、上記のミニチュアドリルが、原料粉末として、いずれも０．１〜３μｍの範囲内の所定の平均粒径を有するＷＣ粉末、炭化クロム（以下、Ｃｒ３Ｃ２で示す）粉末、炭化バナジウム（以下、ＶＣで示す）粉末、およびＣｏ粉末を用い、これら原料粉末を所定の配合組成に配合し、湿式混合し、乾燥した後、押出しプレスにて所定の直径の長尺状成形体とし、この長尺状成形体を、１．３〜１３．３Ｐａの真空雰囲気中、１３５０〜１４８０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この昇温温度に１〜２時間保持後、雰囲気を、例えばＡｒを導入して４．９〜１４．７ＭＰａの加圧雰囲気とし、前記昇温温度および加圧雰囲気の条件下に１５〜６０分間保持した後、少なくとも１２００℃までを５０〜１００℃／ｍｉｎの冷却速度で冷却することにより、Ｃｒ（Ｃｒ３Ｃ２）および／またはＶ（ＶＣ）がＣｏ中に固溶してなる結合相とＷＣ相の硬質相で構成された超硬合金からなる所定の直径の長尺状加圧焼結体を形成し、この加圧焼結体から図１に示される形状に研削加工することにより製造されることも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６１−１２８４７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年の穴あけ加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に対する要求は強く、これに伴い、ボール盤などの高性能化と相俟って、穴あけ加工は高速で行われる傾向にある。例えば半導体装置のプリント基板などの多層積層板では、これを複数枚積み重ねた状態（加工抵抗の大きい状態）で、高速で穴あけ加工が行われることになる。しかし、上記の従来ミニチュアドリルの場合、これを高熱発生を伴なう加工抵抗の高い被削材の高速穴あけ加工に用いると、靭性および耐熱性不足が原因で、先端切刃面にチッピング（微小欠け）が発生し易くなり、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、上述のような観点から、特に高速で、かつ大きい加工抵抗を伴なう穴あけ加工で、先端切刃面がすぐれた耐チッピング性を発揮するミニチュアドリルを開発すべく研究を行った結果、
（ａ）従来の原料粉末としてのＷＣ粉末は、高純度を意図して製造されているため、焼結後の超硬合金のＷＣ相は、これの中心部のオージェ電子分光分析装置による測定で、
窒素（Ｎ）：０．００１〜０．０３％、
酸素（Ｏ）：０．００１〜０．０５％、
を含有するのが一般的であり、きわめて高純度をもつものであること。
【０００７】
（ｂ）一般に、上記の従来高純度ＷＣ粉末は、原料粉末としてＷＯ３粉末を用い、これに還元粉末として所定量のカーボンブラックを配合し、混合した後、この混合粉末を９５０〜１０５０℃に加熱し、窒素気流中で所定時間保持の条件で還元処理を行い、ついで加熱温度を１１５０〜１２５０℃とすると共に、前記窒素気流を水素気流に変えて所定時間保持の条件で炭化処理を行うことにより製造されているが、この従来高純度ＷＣ粉末の製造において、還元処理の窒素気流中および炭化処理の水素気流中に所定割合、望ましくは５〜１５容量％の割合でＣＯガスを配合すると、製造されたＷＣ粉末中の窒素および酸素含有量が上昇するようになり、前記のＣＯガスの５〜１５容量％の配合で、製造されたＷＣ粉末は、
窒素（Ｎ）：０．１〜０．２５％、
酸素（Ｏ）：０．２〜０．６％、
を含有するようになること。
【０００８】
（ｃ）この結果の高窒素高酸素含有のＷＣ粉末を原料粉末として用いて製造されたミニチュアドリルにおいては、これの超硬合金の硬質相を構成するＷＣ相は、これの中心部のオージェ電子分光分析装置による測定で、Ｎ：０．１〜０．２５％、Ｏ：０．２〜０．６％、を含有し、前記Ｎによる靭性向上およびＯによる耐熱性向上が図られるようになり、このＷＣ相芯部のもつ高靭性およびすぐれた耐熱性は超硬合金自体の特性として具備するものとなり、高熱発生を伴なう高速穴あけ加工でもすぐれた耐チッピング性を発揮するようになること。
以上（ａ）〜（ｃ）に示される研究結果を得たのである。
【０００９】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、溝形成部とシャンク部からなり、少なくとも前記溝形成部を、いずれも結合相形成成分として、以下いずれも質量％で、
Ｃｏ：４〜１６％、
Ｃｒおよび／またはＶ：０．１〜３％、
を含有し、残りが硬質相形成成分としてのＷＣと不可避不純物からなる組成を有し、かつ前記硬質相形成成分としてのＷＣ相が、これの中心部のオージェ電子分光分析装置による測定で、
Ｎ：０．１〜０．２５％、
Ｏ：０．２〜０．６％、
を含有する超硬合金で構成してなる、高速穴あけ加工ですぐれた耐チッピング性を発揮するミニチュアドリルに特徴を有するものである。
【００１０】
以下に、この発明のミニチュアドリルにおいて、これを構成する超硬合金の組成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（１）　Ｃｏ
結合相形成成分としてのＣｏ含有量が４％未満では所望の強度および靭性を確保することができず、一方Ｃｏ含有量が１６％を超えると急激に軟化し、細径のものではねじれ切れが発生し易くなることから、Ｃｏ含有量を４〜１６％と定めた。
【００１１】
（２）　Ｃｒおよび／またはＶ
これらの成分には、結合相を形成するＣｏ中に固溶した状態で硬質相を形成するＷＣ相の成長を著しく抑制して、ＷＣ相の粒径を平均粒径で、望ましくは０．７μｍ以下とした微粒組織とする作用があるが、この作用はＣｒおよびＶ成分の含有量が０．１％未満では不充分となり、一方その含有量が３％を超えると、これらの成分が炭化物として析出し、強度および靭性を低下させるようになることから、その含有量を０．１〜３％と定めた。
【００１２】
（３）　ＷＣ相のＮおよびＯ含有量
ミニチュアドリルを構成する超硬合金のＷＣ相におけるＮ含有量が０．１％未満では、所望の高靭性を確保することができないので、原料粉末として用いられるＷＣ粉末の製造に際して、還元処理の窒素気流中および炭化処理の水素気流中に配合するＣＯガスの割合を調整して０．１％以上含有するようにするが、一方その含有量が０．２５％を超えると硬さが急激に低下するようになって、摩耗進行が著しく促進され、使用寿命短命化の原因となることから、その含有量を０．１〜０．２５％と定めた。
また、同ＷＣ相におけるＯ含有量が０．２％未満では、所望のすぐれた耐熱性を確保することがでかないので、同じくＷＣ粉末の製造時に、還元処理の窒素気流中および炭化処理の水素気流中に配合するＣＯガスの割合を調整して０．２％以上含有させ、すぐれた耐熱性を確保して、高熱発生の高速穴あけ加工でもＮ成分との共存においてすぐれた耐チッピング性を発揮するようにするが、一方その含有量が０．６％を超えると靭性が急激に低下するようになって、チッピングが起り易くなり、これも使用寿命短命化をもたらすことから、その含有量を０．２〜０．６％と定めた。
【００１３】
【発明の実施の態様】
つぎに、この発明のミニチュアドリルを実施例により具体的に説明する。
原料粉末として、平均粒径：０．５μｍを有するＷＯ３粉末、および同０．２μｍのカーボンブラックを用意し、まずこれら原料粉末を、カーボンブラック：１７％、ＷＯ３粉末：残り、の割合に配合し、湿式ボールミルでアセトンを加えて３時間混合し、減圧乾燥した後、よくほぐした状態でカーボンボートに充てんした後、この混合粉末を９５０〜１０５０℃に加熱し、ＣＯガスを５〜１５容量％の範囲内の所定の割合で配合してなる窒素−ＣＯ気流中で３時間保持の条件で還元処理を行い、ついで加熱温度を１１５０〜１２５０℃とすると共に、前記窒素−ＣＯ気流を同じくＣＯガスを５〜１５容量％の範囲内の所定の割合で配合してなる水素−ＣＯ気流に変えて３時間保持の条件で炭化処理を行い、最終的に粒度調整を行うことにより、表１に示される窒素および酸素を含有し、かつ平均粒径をもった本発明ミニチュアドリル製造用原料粉末としてのＷＣ粉末（以下、本発明原料ＷＣ粉末という）Ａ〜Ｆをそれぞれ製造した。
【００１４】
さらに、比較の目的で、還元処理の反応雰囲気を窒素気流、炭化処理の反応雰囲気を水素気流とする以外は、同一の条件で、同じく表１に示される窒素および酸素含有量、並びに平均粒径の従来ミニチュアドリル製造用原料粉末としてのＷＣ粉末（以下、従来原料ＷＣ粉末という）ａ〜ｆをそれぞれ製造した。
【００１５】
ついで、上記の本発明原料ＷＣ粉末Ａ〜Ｆおよび従来原料ＷＣ粉末ａ〜ｆのそれぞれに、平均粒径：１．２μｍのＣｏ粉末、同１．８μｍのＶＣ粉末、および同２．３μｍのＣｒ３Ｃ２粉末を表２に示される割合に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、減圧乾燥し、さらにワックスと溶剤を加えて１時間混和した後、押出しプレスにて直径：４．４ｍｍの長尺状成形体とし、これらの長尺状成形体
を、１．３Ｐａ（１×１０−２Ｔｏｒｒ）の真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１３８０〜１４８０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に１時間保持して焼結した後、前記昇温温度に保持したまま、Ａｒを導入して雰囲気を圧力：６ＭＰａの加圧雰囲気として１時間保持し、その後６０℃／分の冷却速度で急冷するＨＩＰ処理を施すことにより、いずれも直径が３．５ｍｍの長尺状の加圧焼結体とし、さらにこれらの加圧焼結体から研削加工にて溝形成部の外径がそれぞれ表２に示される寸法（この場合いずれもシャンク部の外径は３．２ｍｍ、全長は３８ｍｍ）を有し、かついずれも図１に示される形状をもった本発明ミニチュアドリル１〜７および従来ミニチュアドリル１〜７それぞれを製造した。
【００１６】
この結果得られた本発明ミニチュアドリル１〜７および従来ミニチュアドリル１〜７について、オージェ電子分光分析装置を用い、これを構成する超硬合金における任意５個のＷＣ相の中心部のＮ含有量およびＯ含有量を測定し、この結果を表２に平均値で示した。
また、表２には、これらのミニチュアドリルを構成する超硬合金の任意断面におけるＷＣ相（硬質相）の平均粒径を走査型電子顕微鏡を用いて測定した結果を示した。さらに、前記超硬合金のＣｏ、Ｃｒ、およびＶの含有量を測定したところ、配合組成と実質的に同じ値を示した。
【００１７】
つぎに、上記の各種のミニチュアドリルについて、ガラス層とエポキシ樹脂層の交互８層積層板からなる厚さ：１．６ｍｍのプリント基板を６枚重ねたものに表３に示される条件および試験本数：２０本にて高速穴あけ加工試験を行い、ミニチュアドリルの溝形成部外径寸法に１０％の摩耗が生じるまでの穴あけ加工数を測定した。これらの測定結果を表３にそれぞれ平均値で示した。
【００１８】
【表１】
2004098204.tif 000002
【００１９】
【表２】
2004098204.tif 000003
【００２０】
【表３】
2004098204.tif 000004
【００２１】
【発明の効果】
表２，３に示される結果から、本発明ミニチュアドリル１〜７は、いずれもこれを構成する超硬合金の硬質相（ＷＣ相）のＮおよびＯの含有量が相対的に高く、前記ＷＣ相によって高靭性とすぐれた耐熱性が確保されることから、高熱発生を伴なう高速穴あけ加工でも先端切刃面にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、前記硬質相（ＷＣ相）のＮおよびＯの含有量が相対的に低い従来ミニチュアドリル１〜７においては、いずれも靭性および耐熱性不足が原因で、高速穴あけ加工では先端切刃面部にチッピングが発生し易くなり、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明のミニチュアドリルは、通常の条件での穴あけ加工は勿論のこと、高速穴あけ加工でもすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するものであるから、穴あけ加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）はミニチュアドリルを例示する概略拡大正面図、（ｂ）は溝形成部の長さ方向中央部における中心線に対して直角な方向の断面（直角断面）図である。
【図１】
2004098204.tif 000005