(57)【要約】【課題】強靱性有し、プリント基板用ドリルなどに用いられる強靱性微粒超硬合金を提供する。【解決手段】第１硬質分散相の面積率Ｋが、６７≦Ｋ≦９４面積％、第２硬質分散相の面積率Ｌが、０．０１≦Ｌ＜０．５面積％、残部がＣｏ及び／又はＮｉを含む金属結合相及び不可避不純物からなる組織を示し、該第１硬質分散相は炭化タングステンをＶとＷとＣｒ及び／又はＶとＣｒからなる析出複合炭化物及び／又は金属間化合物の層で全面被覆及び／又は部分被覆してなる被覆炭化タングステンからなり、該第２硬質分散相は結合相中に微細に分散分布した析出複合炭化物及び／又は金属間化合物からなり、更に該第２硬質分散相の組成はＶとＷとＣｒ及び／又はＶとＣｒからなる強靱性微粒超硬合金。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＣｏ及び／又はＮｉを含む金属結合相、並びに炭化タングステン相を有する超硬合金であり、組織観察に走査型電子顕微鏡をもちいて行った場合に、第１硬質分散相の面積率Ｋが、６７≦Ｋ≦９４面積％、第２硬質分散相の面積率Ｌが、０．０１≦Ｌ＜０．５面積％、残部がＣｏ及び／又はＮｉを含む金属結合相及び不可避不純物、からなる組織を示し、該第１硬質分散相は、炭化タングステンをＶとＷとＣｒ及び／又はＶとＣｒからなる析出複合炭化物及び／又は金属間化合物の層で全面被覆及び／又は部分被覆してなる被覆炭化タングステンからなり、該第２硬質分散相は、結合相中に微細に分散分布した析出複合炭化物及び／又は金属間化合物からなり、更に該第２硬質分散相の組成はＶとＷとＣｒ及び／又はＶとＣｒからなり、かついずれも０．５μｍ以下の平均粒径を有し、更にＣｏ、Ｃｒ、Ｖの含有量が、重量％で、２≦Ｃｏ≦１３％、０．１≦Ｃｒ≦１．５％、０．１≦Ｖ≦１．５％、である炭化タングステン基超硬合金であることを特徴とする強靱性微粒超硬合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小径化に優れた耐折損性を有するプリント基板用ドリルなどに用いられる、耐摩耗性に優れ、高靭性を有する強靱性微粒超硬合金に関連するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリント基板用ドリルなどに用いられる超硬合金は、第１硬質分散相、第２硬質分散相、Ｃｏを主体とする結合相及び不可避不純物：残り、からなる組織を示し、第１硬質分散相は、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）からなり、第２硬質分散相は、上記結合相中に微細に分散分布したＶとＷとＣｒの析出複合炭化物からなり、かついずれもＶ成分の作用で微小な平均粒径を有し、更にＣｏ、Ｃｒ、及びＶの含有したＷＣ基超硬合金で構成されていた。この超硬合金をドリルに適用し、該ドリルは切刃部とシャンク部からなり、該切刃部によって穴あけ加工に用いられる技術が、例えば、特開２０００−７１２号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年の電子回路積層基板など高集積化は著しく、基板に設けられる穴径もますます小経化の方向にある。そこで、穴あけ加工に用いられるプリント基板用ドリルも更なる小径化傾向となるが、加工穴径が小径になるに従って、超硬合金には耐折損性向上が要求され、一段の靭性が必要になる。そこで、使用する超硬合金のＣｏ含有量を多くして、靭性を高めることが考えられる。しかし、Ｃｏ含有量を多くすると一方で耐摩耗性が犠牲となって、工具寿命が短命となるのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、このような観点から、従来プリント基板用ドリルなどに使用される超硬合金に注目して、耐摩耗性を損なう事なく、靭性向上を計るために鋭意研究を行った結果、従来プリント基板用ドリルなどに使用される超硬合金における製造条件を改善し、焼結条件を次に示す条件とすることにより、冷却時に結合相中に分散析出して第２硬質分散相を形成していたＶとＷとＣｒ及び／又はＶとＣｒからなる析出複合炭化物及び／又は金属間化合物が、焼結工程の途中で条件を真空雰囲気から加圧雰囲気に変換し、所定時間、加圧雰囲気に維持した後急冷すると、このＶとＷとＣｒ及び／又はＶとＣｒからなる析出複合炭化物及び／又は金属間化合物の１部が、ＷＣからなる第１硬質分散相の表面の全面被覆層及び／又は部分被覆層として析出し、ＷＣからなる第１硬質分相の表面を被覆するようになることをつきとめた。ここで言う焼結条件とは、温度：１３５０〜１４８０℃、真空度：０．０１〜０．１ｔｏｒｒの条件で６０から１５０分間保持し、その後不活性ガスを導入して、５０〜１５０ｋｇ／ｃｍ２の加圧雰囲気へ変換し、２０から９０分間保持する。その後、冷却を開始する。冷却速度は、５０〜１００℃／ｍｉｎの範囲内で制御し、１２００℃まではこの冷却速度を維持する、というものである。更に、ＶとＷとＣｒ及び／又はＶとＣｒからなる析出複合炭化物及び／又は金属間化合物がＷＣ表面の全面被覆層及び／又は部分被覆層として析出した超硬合金材は、ＶとＷとＣｒ及び／又はＶとＣｒからなる析出複合炭化物及び／又は金属間化合物が結合相にのみ分散析出した超硬合金材よりも、高硬度を有している事を確認した。この超硬合金をプリント基板用ドリルに適用すると、小径化に優れ、しかも耐折損性にも優れ、かつ小径化によっても耐摩耗性の低下が抑制できるという研究結果に到達したのである。
【０００５】
本発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであり、少なくともＣｏ及び／又はＮｉを含む金属結合相、並びに炭化タングステン相を有する超硬合金であり、組織観察に走査型電子顕微鏡をもちいて行った場合に、第１硬質分散相の面積率Ｋが、６７≦Ｋ≦９４面積％、第２硬質分散相の面積率Ｌが、０．０１≦Ｌ＜０．５面積％、残部がＣｏ及び／又はＮｉを含む金属結合相及び不可避不純物、からなる組織を示し、該第１硬質分散相は、炭化タングステンをＶとＷとＣｒ及び／又はＶとＣｒからなる析出複合炭化物及び／又は金属間化合物の層で全面被覆及び／又は部分被覆してなる被覆炭化タングステンからなり、該第２硬質分散相は、結合相中に微細に分散分布した析出複合炭化物及び／又は金属間化合物からなり、更に該第２硬質分散相の組成はＶとＷとＣｒ及び／又はＶとＣｒからなり、かついずれも０．５μｍ以下の平均粒径を有し、更にＣｏ、Ｃｒ、Ｖの含有量が、重量％で、２≦Ｃｏ≦１３％、０．１≦Ｃｒ≦１．５％、０．１≦Ｖ≦１．５％、である炭化タングステン基超硬合金であることを特徴とする強靱性微粒超硬合金である。
【０００６】
本発明の強靱性微粒超硬合金の組成及び硬質分散相の平均粒径の数値限定理由を説明する。
組成について、第１硬質分散相の面積率Ｋは、ＷＣの表面をＶとＷとＣｒ及び／又はＶとＣｒからなる、析出複合炭化物及び／又は金属間化合物が被覆することによって超硬合金の靭性が著しく向上するようになり、この場合、走査型電子顕微鏡による組織観察で、ＷＣの全粒界長さの１０％以上がＶとＷとＣｒ及び／又はＶとＣｒからなる、析出複合炭化物及び／又は金属間化合物で被覆されているのが好ましい。更に第１硬質分散相は、ＷＣと、表面を被覆するＶとＷとＣｒ及び／又はＶとＣｒからなる、析出複合炭化物及び／又は金属間化合物とが共に存在することによって耐摩耗性を改善させる効果がある。面積率Ｋが６７面積％未満では、目的とする耐摩耗性を得ることができず、一方、面積率Ｋが９４面積％を越えると、結合相の割合が硬質分散相の割合に対して少なくなり、靭性が低下するようになる。このことから、面積率Ｋは、６７≦Ｋ≦９４面積％であることが好ましく、更に望ましくは８１≦Ｋ≦８７面積％である。
【０００７】
第２硬質分散相の面積率Ｌは、０．０１面積％未満では、目的とする硬度の改善効果が得られず、面積率Ｌが０．５面積％を越えて大きくなると、靭性が低下するようになることから、面積率Ｌは、０．０１≦Ｌ＜０．５面積％であることが好ましく、更に望ましくは０．０５≦Ｌ≦０．３面積％である。第２硬質分散相には、超硬合金の硬度を高め、耐摩耗性を向上させる作用がある。
【０００８】
Ｃｏ成分は焼結性を向上に寄与し、結合相を形成して靭性を改善させ、ドリルの耐欠損、耐折損を改善する作用をもつ。しかしＣｏ成分の含有量が２％未満では小径化に対して十分な耐折損性を得ることができない。しかし、Ｃｏ成分の含有量が１３％を越えると耐摩耗性の低下が起こり始めることから、Ｃｏ成分の含有量を２〜１３％、更に好ましくは６〜１０％である。
【０００９】
Ｃｒ成分は、ＷＣの表面に全面被覆薄層及び／又は部分被覆薄層として析出するＶとＷとＣｒ及び／又はＶとＣｒからなる析出複合炭化物及び／又は金属間化合物を形成することによって、靭性の改善及び耐摩耗性の改善に寄与する。更に第２硬質分散相の形成に寄与して、耐摩耗性の改善にも寄与する。結合相中に固溶することにより固溶体としても存在して、耐熱性、耐酸化性を改善する効果がある。Ｃｒの含有量が０．１％未満では目的の改善効果を得ることができない。Ｃｒの含有量が１．５％を越えると、結合相中への固溶する割合が高くなり、強度の低下を招く原因となるため、Ｃｒの含有量を０．１〜１．５％、好ましくは０．３〜１．０％である。
【００１０】
Ｖ成分は、Ｃｒと同じくＶとＷとＣｒ及び／又はＶとＣｒからなる、析出複合炭化物及び／又は金属間化合物を形成し、靭性及び耐摩耗性を改善させる効果がある、結合相中に固溶することにより固溶体としても存在して、焼結時における第１硬質分散相及び第２硬質分散相の粒成長を抑制する効果がある。しかし、Ｖの含有量が０．１％未満では、粒成長を抑制する効果が得られず、原料粉末であるＷＣ粉末の平均粒径を０．５μｍ以下にしても焼結時に粒成長して上記第１硬質分散相が０．５μｍを越えた平均粒径になってしまう。結合相中に析出した第２硬質分散相の成長抑制効果も十分でなく、目的とする高強度を確保することができないばかりか、耐折損性の改善効果がなくなる。Ｖの含有量が１．５％を越えると結合相自体の靭性が低下し、耐折損性の改善効果がなくなる。そこで、Ｖの含有量を０．１〜１．５％、好ましくは０．２〜０．５％である。
【００１１】
第１硬質分散相及び第２硬質分散相の平均粒径は、原料粉末としてのＷＣ粉末の平均粒径及びＶ含有量によって調整することができる。平均粒径が０．５μｍを越えると、硬質分散相粒子の粗大化に伴う靭性の低下が著しくなり、平均粒径を０．５μｍ以下とした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の強靱性微粒超硬合金をプリント基板用ドリルに適用した例を実施例により具体的に説明するが、本発明が実施例によって限定されるものではない。原料粉末は、平均粒径が０．５μｍのＷＣ粉末、平均粒径が１．３μｍのＶＣ粉末、平均粒径が２．０μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、及びＣｏ粉末を使用した。これら原料粉末を所定の配合組成に配合し、湿式ボールミルで７０から７５時間混合し、減圧乾燥した。ワックスと溶剤を加えて１．５時間混合し、押出しプレスにて直径：４．３ｍｍの長尺状の成形体とした。長尺状の成形体を脱ワックスし、０．０７ｔｏｒｒの真空雰囲気中、１３５０〜１４８０℃の範囲内の温度に１２０分間保持し、その後不活性ガスを導入して、６５ｋｇ／ｃｍ２の加圧雰囲気に変換し、この加圧雰囲気に３５分間保持した。その後、冷却を開始し、冷却速度は、５０〜１００℃／ｍｉｎの範囲内で制御し、１２００℃まではこの冷却速度を維持した。焼結が完了した後、直径：３．５ｍｍの長尺状の焼結素材を得た。この長尺状の焼結素材を定量分析法にてＣｏ、Ｃｒ、Ｖ成分の含有量を測定した。更に任意断面を走査型電子顕微鏡を用いて観察し、平均粒径を測定し、画像解析装置にてその面積率を算出した。この結果を表１に示す。該長尺状の焼結素材を加工して２枚刃形状の本発明の強靱性微粒超硬合金を用いてプリント基板用ドリル１〜８を作製した。また、比較のため、焼結条件を、０．０７ｔｏｒｒの真空雰囲気中、１３５０〜１４８０℃の範囲内の所定の温度に１２０分間保持後、自然冷却による炉冷（この場合の１２００℃までの冷却速度は約８〜１５℃／ｍｉｎ）とする以外は同一の条件で表１に示す通りの従来の超硬合金を用いてプリント基板用ドリル９〜１６を作製した。
【００１３】
【表１】
2004162080.tif 000002
【００１４】
この結果得られた本発明例の強靱性微粒超硬合金を用いたプリント基板用ドリル１〜８及び従来例のプリント基板用ドリル９〜１６について、ガラス層とエポキシ樹脂層と銅層の交互６層の積層板からなる厚さ：１．５ｍｍのプリント基板を２枚重ねにしたものに、表１に示される条件及び試験本数：２０本にて穴あけ加工試験を行い、プリント基板用ドリルの外周刃外径寸法に５％の摩耗が生じる迄の穴あけ加工数及び折損数を測定した。これらの測定結果を表１に併記して示したが、穴あけ加工数は折損発生のないものの平均値で示した。表１に示す結果より、本発明のプリント基板用ドリル１〜８は、ＷＣの表面の全面被覆層及び／又は部分被覆層としてＶとＷとＣｒ及び／又はＶとＣｒからなる析出複合炭化物及び／又は金属間化合物を析出させることにより、従来のＶとＷとＣｒ及び／又はＶとＣｒからなる析出複合炭化物及び／又は金属間化合物が結合相のみに分散分布する従来のプリント基板用ドリル９〜１６よりも優れた耐折損性をしめすことが確認できた。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の強靱性微粒超硬合金を用いたプリント基板用ドリルは、ＶとＷとＣｒ及び／又はＶとＣｒからなる、析出複合炭化物及び／又は金属間化合物の一部をＷＣの全面被覆薄層及び／又は部分被覆薄層として析出させることによって高硬度を有し、優れた耐折損性を示した。本発明の強靱性微粒超硬合金をプリント基板用ドリルなどに用いた場合、小径化に十分満足できる高強度を有するので、折損の発生なく、長寿命のすぐれた性能を発揮するものである。