JPS6141703A - 複合焼結材料からなる工具または硬質頭部を有する耐磨耗性部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １１孟９愚Ｊ公互 本発明は硬質な頭部を有する複合焼結材料に関する。

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
構成される超硬合金からなる支持部とを具備する小断面
の複合焼結材料に関する。

このような本発明の対象となる小断面の複合焼結材料は
、高性能な小径ドリルの素材或いはドツトプリンタのヘ
ッド部として用いることができる。

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前後或いはこれより
細い超硬合金製ドリルが使われている。プリント基板の
集積度は今後も上昇すると予想され、それに伴ないより
細径のドリルの使用割合が増えてい（と考えられる。

一方、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
ったドリルは自動的に交換される。しかしながら、上述
のようにプリント基板の集積度が高まるにつれ、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
換時間を減少させるという要求が強い。

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
寿命となってしまい、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ＩＪ　）−では切削速
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、現在市販されている焼結
ダイヤモンド素材は焼結ダイヤモンド層１１が超硬合金
の支持Ｂ１２に１４の部分で貼り合わされた形状のもの
である。

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図に示すようにシャンク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。

ところが例えばプリント基板用に使われるドリルの径は
一般に１ｍｍ程度より細く、場合によっては０．１ｍｍ
位であり、このような小径のものではシャンク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、通常の銀ロウ付は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っ
た。

一方、支持部について説明すると特に小径の製品の場合
には支持部の強度は非常に重要である。

前に述べたようにプリント基板の集積度は近年上がって
来ており、将来益々この現象は加速されると考えてよい
。すなわちスルー・ホール・メッキされる孔の径はどん
どん小径へ移行する。今後プリント基板の製造に０．１
ｍｍφとか０．３ｎ＋＋ｎφの小径のドリルの使用量は
増大する。このとき特に問題となるのはドリルの折損で
あり、刃先の摩耗で寿命となる前に折損してしまっては
高価な焼結ダイヤモンドドリルを使用する意味がなくな
る。折損をさけるために軟い材料や剛性の低い材料で支
持部を製造すると屈曲し易くなり真直な穴があかないと
いう問題がある。又切粉による支持部の摩耗の問題も生
ずる。

発明が解決しようとする問題点 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、硬質な頭部と強度および抗折力の高
い支持部とを有する小径の複合焼結材料を提供し、これ
より切削性、耐摩耗性および剛性が優れ且つ長寿命のド
リル等を容易に製造可能とすることを目的とする。

更に本発明の目的は、ガラエボ基板の如き難削性の基板
の穴あけを容易且つ高性能で実現する、長寿命のドリル
を低価格で提供することにある。

更に、本発明の目的は、ドツトプリンタのヘッドの如き
超硬質の先端部を必要とする細長の部材を容易に製造し
得る中間製品としての小径の複合焼結材料を提供するこ
とにある。

更に詳細には、本発明の目的は、本出願人による特願昭
５９−１２０２１８号に開示した複合焼結材料の支持部
の耐摩耗性および剛性を改善することにある。

問題点を解゛する手段 上記の目的を達成するため、本発明に従い、ダイヤモン
ド粉末または高圧相窒化硼素粉末のいずれか一方または
双方を５０％以上含有する硬質焼結部と、該硬質焼結部
の１端部で該硬質焼結部と接合している超硬合金からな
る支持部とを具備する複合焼結材料であって、 該硬質焼結部と該支持部との接合は、該硬質焼結部の焼
結過程で形成されたものであり；更に、該複合焼結材料
の直径あるいは相当直径は３ｍｍ以下であり； 該硬質焼結部の軸方向長さが０．３〜２ｍｍであり；該
支持部の軸方向長さが該硬質焼結部の軸方向長さの５倍
以上であり； 該支持部はＷＣを主成分とした炭化物を鉄属金属で結合
した超硬合金よりなり、この超硬合金中の炭化物の平均
粒度が３μｍ以下であり、また結合金材量が７重量％以
上であることを特徴とする硬質な頭部を有する複合焼結
材料が提供される。

ダイヤモンド粉末または高圧相窒化硼素粉末の平均粒度
は好ましくは３０μｍ以下であり、この範囲の粒度のダ
イヤモンドまたは高圧相窒化硼素焼結体で耐摩耗性およ
び剛性に優れた複合焼結材料が得られる。

ただし、ダイヤモンド粉末を使用して切削工具のチップ
を作製するときは、平均粒度が１０μｍを越えるダイヤ
モンド粉末を原料として使用すると、この複合焼結材料
を加工して得た切削工具の切刃が鋭利に成形できず、こ
のため高性能とならないので、硬質焼結部は１０μｍ以
下のダイヤモンドまたは高圧相窒化硼素からなるのが好
ましい。

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７
０％以上のダイヤモンドを含み、残部がＦｅ、　Ｃｏま
たはＮ１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）質−５〜１５％Ｃｏとの焼結
体がある。

尚、硬質焼結部の材料としてダイヤモンド単独の粉末を
使用する場合は、硬質焼結部の焼結時に支持部材料中の
結合材成分もしくはダイヤモンド粉末に隣接しておいた
溶浸材が硬質焼結部材料粉束中に溶浸することによって
硬質焼結部の焼結が達成される。

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、炭窒化物及びアルミニウムおよび／またはシリコン
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それに隣接して置いた溶浸材
から溶浸されて焼結が達成される。ここで、高圧相窒化
硼素とは、立方晶型窒化１ｊ素およびウルツ鉱型窒化硼
素を意味する。

次に支持部について説明すると、ＷＣを主成分とする超
硬合金は高い剛性のみならず高い耐摩耗性を有し、また
高い耐摩耗性を示す割りに強度の高い優れた工業材料で
あるため本発明に於いても支持部には−Ｃを主成分とす
る超硬合金を採用した。

鋼切削用の超硬合金に含まれているＴｉＣやＴａＣは本
発明の支持部の場合には耐摩耗性の向上には役立たずむ
しろ強度を低下するので有効でない。

しかし焼結時にＷＣの粒成長を抑制するに有効な数％以
下程度の少量のＴａ　Ｃ、Ｃｒｓ　Ｃ２やＶＣは特に微
細なＷＣを主成分とする超硬合金を得るのに有効である
°。また結合金属としてＣｏが最も好ましく、Ｎ１がそ
れに次いで好ましい。

本発明の好ましい１態様に従うと、支持部を構成する超
硬合金中の炭化物の粒度が２μｍ以下であり、結合金属
量が１２重量％以上である。

更に、本発明の１つの態様に従うと、硬質焼結部と支持
部とは、厚さ０．５ｍｍ以下の中間接合層を介して接合
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Ｔｉ５ＺｒＳＨｆ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ＡＩおよび／またはＳｌを０．１重世％以上含有
するものが好ましい。

上記した如く、本発明に於いては硬質焼結部と支持部の
接合が硬質焼結部の焼結時に形成されることが肝要であ
る。このために、硬質焼結部のホットプレス（焼結処理
）時に硬質焼結部の材料粉末を支持部材料の上に配置し
てホットプレスを行うことが必要である。このとき、支
持部となる材料は、既に焼結済みの固形超硬合金であっ
てもよ（、或いは超硬合金材料の粉末であってもよい。

次ぎに、本発明の複合焼結材料円柱体の寸法上の特徴を
説明する。

本発明の複合焼結材料の断面は３ｍｍ以下の直径あるい
は相当直径であることが必要である。３ｍｌＴｌを越え
る直径の複合焼結材料はプリント基板の穴あけドリル用
素材としては不適格である。また研削して使用するにし
ても研削代が大きくなり不経済である。ここで、相当直
径とは断面積の等しい円の直径に換算した値を意味する
。

また、硬質焼結部の軸方向の長さは０．３〜２　ｍｍの
は囲である。０．３ｍｍ未満では、ドリル先端部として
使用した場合には必要な切刃を形成できず、２ｍ＋１を
越える長さでは高価！よダイヤモンド粉末等を多量に使
用することになり不経済であり、また折損の危険が増加
する。

更に、本発明の複合焼結材料の支持部の長さは硬質焼結
部の長さの５倍以上であることが必要である。ドリルを
作製する場合に、ドリルの刃先長さを確保し、末端をシ
ャンクに埋込む必要があるので、上記の通り、硬質焼結
部の長さの５倍以上の長さの支持部が必要となる。複合
焼結材料の断面形状としては円形が一般に望ましいが、
ドリルにしても平切りドリルもあり、必ずしも円形にこ
九月 本発明は上述した如く特願昭５９−１２０２１８号およ
び特願昭５９−１２Ｄ２１９号に開示した複合焼結材料
の支持部を改良したものである。すなわち、上記した如
く本発明の複合焼結材料に於いては支持部の軸方向長さ
は硬質焼結部の長さの５倍以上ある。

従って、ドリルとして用いられる際には支持部の折損ま
たは屈曲の恐れがあり、更に高速回転による摩耗を考慮
する必要があり、上記の如く支持部の成分を限定して苛
酷な使用条件でも折損または屈曲の恐ぢがなく、長寿命
のドリルを提供することに成功したものである。従って
、本発明による支持部の改良点およびその作用を以下に
詳細に説明する。

まず、本発明の複合焼結材料の一つの特徴は硬質焼結部
と支持部との接合を硬質焼結部の焼結過程で形成するこ
とにある。このため支持部が製造中にダイヤモンド又は
高圧相型窒化硼素が安定な高温でしかも超高圧下にさら
される。ＷＣ−Ｃｏの焼結は通常真空下１３００〜１５
００℃の温度で行われ、一方ダイヤモンド又は高圧相型
窒化硼素の焼結は温度は同程度であるが、４万〜５万気
圧の超高圧下でなされる。従ってＷＣ−Ｃｏは予め焼結
されたものが用いられるにせよ、硬質部と同時に焼結さ
れるにせよこの超高圧の影響を受ける。

本発明の複合焼結材料を製造するには予め焼結した支持
部を用いる場合の方が容易である。従って本発明者は色
々な種類の焼結済みのＷｅ−Ｃｏ合金を上記条件にさら
してみたところ、以下の現象を見い出した。

一般にＷＣ−Ｃ０合金の機械的特性はＣｏ％とＷＣ結晶
粒度で決まる。ところで、肛結晶の粒度が３μｍ以上の
場合には、このＷＣ結晶は超高圧加圧により破壊され、
その機械的特性が大幅に変わってしまい一定の機械的特
性を有する支持部の製造が困難となる。従って、支持部
の超硬合金のＷＣ結晶の平均粒度を３μｍ以下とした。

しかしながら、ダイヤモンド又は高圧相型窒化硼素の焼
結条件に於いて、ＷＣ結晶は液相Ｃｏとの濡れ性が極め
て良いので、破壊したＶＩＣ結晶中に液相Ｃｏが侵入し
破壊されたＷＣをＣｏが結合した形となるので、その機
械的特性はかならずしも低下すると限らないことが本発
明者等の実験で確認された。

例えば、従来の技術知識に従うと、平均粒度１μｍ以下
のＷＣ−Ｃｏ合金の場合、少量の大きな肛結晶が存在す
るとこの大きな札結晶が破壊の起点になり強度が低下す
ると考えられた。しかしながら、本発明者等の実験によ
ると、逆に超高圧加圧により処理後の強度が上昇する場
合がある。こうした強度上昇の現象は超硬合金中の結合
金属の含有量によって左右される。本発明者等の実験に
よると、この強度上昇は、ダイヤモンド又は高圧相型窒
化硼素の焼結中の超高圧加圧により大きなＷＣ結晶が破
壊され、破壊されたＷＣ結晶間に結合金属が侵入してこ
れらを結合するためと考えられる。

一方、超高圧加圧が完全に静水圧的になされるならば問
題ないが、実際にはその加圧を静水圧に近づける工夫を
加えているというのが工業生産における実状である。従
って、超高圧加圧下の超硬合金には無理な変形が加わる
と考えてよい。例えばＷＣ−Ｃｏ合金を例に考察すると
、その含有Ｃｏｆｉが多ければ、その変形に合金が追随
可能であるが、少なければ、最も変形の著しかった部分
に微細亀裂ないしは孔などの欠陥を生ずる可能性がある
。

を貰圧高温加熱を色々なＣｏ量の合金に加えた後その抗
折力を測定してみたところＣｏ１１が重量で７％以下の
場合には、超高圧高温処理前に比べ抗折力値は低下する
こと、１２％以上の場合にはむしろ向上することを見い
出した。

７％以下の場合は超高圧によりＷＣ結晶が破壊され、こ
れにＣｏが追随できず欠陥を生じたためと考えられる。

１２％以上の場合に、むしろ抗折力が向上した理由は次
のごとくと考えられる。

ＷＣ−Ｃｏ合金の破壊の起点は前述のごとく粗大なＷＣ
結晶、空孔、異相といわれる。いま、異相は存在しない
ことを処理前後に顕微鏡で観察しているので問題外とす
る。粗大なり４Ｃ結晶については前に述べた如くである
。空孔というのは数μｍから数百μｍの孔を指すがこれ
が外圧によってつぶれ或いはＣｏにより充填されること
が旧Ｐの例から容易に推測出来る。ＨＩＰの場合と本発
明の複合焼結材料の製造工程では処理温度は同一であり
、本発明の場合の方が圧力が一桁以上高いのでこの傾向
がより助長されると考えられる。

Ｃｏ％が１２％より更に高い、例えば２０％のＷＣ−Ｃ
。

合金ではその抗折力の増加率が３０％以上と大きかった
。その抗折力の増加率の高い原因を検討した結果数のこ
とが分った。

すなわち、ＷＣ−ＣｏのＣｏ相は通常ＦＣＣ構造をなし
、合金の含有炭ｓ量が低い場合には１０％近くのＷを固
溶しているが一般には純Ｃｏに近い組成である。

従って、一般にＣｏ量の高い−Ｃ−Ｃｏ超硬合金は容易
に変形し、このため歪をかけていくと塑性変形し、いわ
ゆる歪一応力曲線はなだらかに水平に寝た形となる。こ
の曲線が寝た形とならず直線的に上昇推移すれば強度は
高くなることになる。この観点から高温且つ超高圧の条
件下での処理後のＣｏ相を調べたところＷが１５％前後
固溶していることが判明し、これによりＣｏ相が変形し
難くなっていることが分った。この理由は次の如く考え
られる。

すなわち、Ｃｏ−Ｗ−Ｃ３元共晶からその共晶温度で析
出するＣｏ相は約２０％のＷを含有する。通常の焼結後
の冷却ではＷはこの３元共晶からＷＣ相上へ析出する。

しかし本発明の複合焼結材料の製造工程では硬質部の焼
結終了後まず加熱電源を切って冷却したのち除圧する。

すなわちＷがＣｏ相から析出しようとする時には、まだ
超高圧下にあり、このような超高圧下では固体中の拡散
速度は著しく低下し、ＷＣ相上への析出が阻止される。

このことは本発明の複合焼結材料の支持部のＷＣ−Ｃｏ
超硬合金中のＣｏ相が多くのＷを固溶していることから
も納得できる。従って、本発明に於いては、通常ではそ
の変形により使えない範囲の高含有・量の結合金属を含
むＷＣ超硬合金が支持部として用いられる。

すなわち、本発明に従うと、支持部を構成する超硬合金
中の炭化物の平均粒度が３μｍ以下であり、また結合金
属量が７重量％以上である。

更に、本発明の好ましい態様に従うと、支持部を構成す
る超硬合金中の炭化物の粒度が２μｍ以下であり、結合
金属量が１２重量％以上である。

以下、本発明を実施例により説明する。

ス１勇 添付図面の第３図（ａ）及び（ハ）は、それぞれ本発明
の複合焼結材料の外観を示す。

第３図（ａ）に示す複合焼結材料円柱体２３は硬質焼結
部２１と支持部２２とからなり、硬質焼結部２１と支持
部２２とは硬質焼結部２１の焼結過程で一体に接合され
ている。

他方、第３図（ｂ）に示す複合焼結材料円柱体２３では
、硬質焼結部２１と支持部２２とは、それらの間に中間
接合層２４を介在させて接合している。

次に本発明の複合焼結材料円柱体の製造方法を説明する
。

本出願人による特願昭５９−１２０２１９号に詳細に記
載の如く、本発明者らは、まず断面積の大きな複合材料
ブロックのホットプレスを行って複合焼結体ブロックを
製造し、これを放電ワイヤカッティングで小断面の棒状
体に切断することにより小径で細長の、硬質な頭部を有
する複合焼結材料を与えることに成功したものである。

すなわち、上記特願昭５９−１２０２１９号に記載の方
法では、ダイヤモンド粉末または高圧相窒化硼素粉でを
５０％以上含有する硬質焼結体用の第１の材料層と、該
第１の材料層の焼結過程で該第１の材料の硬質焼結体と
接合する第２の材料層とを同一のホットプレスコンテナ
内に加圧方向に重ねて装入し、高温高圧下でホットプレ
スして該第１の材料層を焼結すると同時に、得られた硬
質焼結体を該第２の材料層側と接合せしめて、所定厚さ
の硬質焼結体の層を有する複合材料ブロックを形成し、
該複合材料ブロックを放電ワイヤカッティング方法によ
り材料層厚方向に切断して、頭部に硬質焼結体を備える
細長の複合材料棒状体を２本以上切り取る。

この複合材料をホットプレスして焼結するに際し、本発
明に従うと、複合材料ブロックの軸方向長さはその相当
直径の３倍、好ましくは２倍以下の必要がある。３倍を
越える軸方向長さの複合材料ブロックのホットプレスを
行うと複合材料ブロック内の圧力分布が変則的となり、
曲がりなどを生ずるからである。

第３図に示す複合材料円柱体の切り出し方法を説明する
。上述の如くホットプレスして得られた複合焼結体ブロ
ック３３は、第４図（ａ）に示す如く、厚さ１ｍｍのダ
イヤモンド焼結体層３１と、これに接合した超硬合金層
３２とからなり、中間接合層を含む場合では第４図（ｂ
）示す如くダイヤモンド焼結体層３１と超硬合金層３２
とが中間接合層３４を介して接合されている。図示の例
では円柱状の複合焼結体ブロックを示しているが、複合
焼結体ブロックは円柱体でも角柱体でもよいことは勿論
である。

これらの複合焼結体ブロックを第５図に示す如く、複合
焼結体ブロックと同軸方向の相当直径３ｍｍ以下の断面
の棒状体に放電ワイヤカッティング法により切断して第
３図（ａ）および（ｂ）に示す如き硬質の頭部を有する
複合材料棒状体に切断する。

この放電ワイヤカッティング法では、ワイヤと複合焼結
体ブロックとの間に高電圧をかけ、ワイヤを緊張した状
態で走行させてブロックを切断するものであり、その方
法の詳細は例えば米国特許第４．１０３．１３７号を参
照されたい。

以下、本発明の頭部に硬質な焼結体を有する複合焼結材
料の具体的な製造例を説明する。

製造例１ 外径１３ｍｍ　、内径１４ｍ１′１１１高さ１５ｍｍの
ＷＣ＝１２％Ｃｏ超硬合金製リング、外径１４ｎ＋ｍ　
、高さ１２ｍｍのＷＣ−１２％Ｃｏ超硬合金製円柱ブロ
ック、外径１４ｍｍ、厚さ０．５鵠のＷＣ−１２％Ｃｏ
超硬合金製円板と粒径０．５μＩのダイヤモンド粉末８
５％と残余が粒径領５μｍ以下のＷＣ−１５％Ｃｏ超硬
合金粉末よりなる。混合粉末を用意した。

超硬合金リングの内径に超硬合金円柱ブロックを挿入し
、超硬合金リング内面と超硬合金円柱ブロックの上面と
で形成される直径１４ｍｍ　、深さ３ｍｍの凹所に前記
混合ダイヤモンド粉末を充填後加圧して、混合粉末の高
さを１．５ｍｍとし、超硬合金円板で蓋をした後、超高
圧焼結装置中に配置し、圧力５５ｋｂ、温度１３７０℃
の条件で１５分間焼結を行った。

冷却後、減圧して取り出した封入容器の上部超硬合金円
板を研削により除去すると高さ１２ｍｍの超硬合金支持
部の上面に厚さ１ｍｍの焼結ダイヤモンド層が接合して
形成され周囲に超硬合金製リングがやはり支持部及び焼
結ダイヤモンド層に結合した複合体ブロックが得られた
。

この複合体ブロックを第５図に示すように、放電ワイヤ
カット加工機に装着し、放電ワイヤカッティングして、
複合体ブロックの軸方向より直径１ｍｍ、長さ１３ｍｍ
の丸棒で支持部は平均粒度２μｍのＷＣ−１２％Ｃｏ超
硬合金よりなり、その一端に長さ１ｍｍの焼結ダイヤモ
ンド層が固着形成された円柱体を得た。

製造例２ それぞれＷＣ−１２％Ｃｏ超硬合金よりなる■外径１８
ｍｍ、内径１４ｍｍ　、高さ２０ｍｍのリング、■外径
１４ｍｍ　。

高さ１８ｍｍのＷＣ−１％ＣｒｚＣ２−２０％Ｃｏ円柱
ブ０７り、■外径１４ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板と、粒径
３μｍのダイヤモンド粉末９０％と残余がＣｏ粉末より
なる混合粉末、粒径３μｍの高圧相窒化硼素（以下、立
方晶型窒化硼素をＣＢＮと略記する）粉末６０％と残余
が（ＴｉＮ−１０重量％Ａｌ）の組成の粉末よりなる混
合粉法を用意した。

超硬合金製円柱ブロックの上面に前記ＣＢＮ混合粉末を
溶媒に溶かしたものを厚さ５０μｍに塗付した後、溶媒
を加熱除去し、この処理を行った超硬合金円柱ブロック
を超硬リング内径に挿入した。

次に、超硬合金リング内面とＣＢＮ混合粉末を塗付した
超硬合金円柱ブロックの上面とで形成される凹所に前記
ダイヤモンド混合粉末を充填した後、加圧成型して厚さ
１ｍｍのダイヤモンド混合粉末層を形成した後、超硬合
金円板で蓋をした。

次にこの容器を超高圧焼結装置中に配置し、圧力５５ｋ
ｂ、温度１４００℃で１０分間焼結を行った後、冷却、
減圧して容器を取り出した。容器の上部超硬合金円板を
研削除去すると高さ１８ｍｍの超硬合金支持体の上面に
厚さ０．５ｍ＋ｎの焼結ダイヤモンド層が厚さ２５μｍ
の焼結ＣＢＮ層を介して接合され、周囲に超硬合金リン
グが支持体及び焼結ダイヤモンド層に結合した複合体ブ
ロックが得られた。

この複合体ブロックを放電ワイヤカット、加工機に装着
し、放電ワイヤカッティングにより複合体の軸方向より
直径０．３ｍｍ、長さ１８．５ｍｍの丸棒で支持部は平
均粒度０．７μｍの微細なＷＣ−１％Ｃｒ＊Ｃ２−２０
％Ｃｏ超硬合金よりなり、その一端に長さ０．５ｍｍの
焼結ダイヤモンド層が厚さ２５μｍの焼結ＣＢＮ界面層
を介して接合形成された円柱体を得た。

製造例３ ＷＣ−０，５％ＶＣ−１３％Ｃｏ超硬合金よりなり、上
面に直径２０ｍｍ、深さ３ｍｍの円形凹所を存する外径
２４ｍｒｎ、高さ２５ｍｍの円柱ブロック、外径２０ｍ
ｍ、厚さ０．５ｍｍのＷＣ−１２％Ｃｏ超硬合金製円板
と粒径０．５μｍのダイヤモンド粉末８０％と残余が粒
径０．５μｍ以。

下のＷＣ−１５％Ｃｏ超硬合金粉末よりなるダイヤモン
ド混合粉末を用意した。

このダイヤモンド混合粉末を前記超硬合金円柱ブロック
の上面凹所に充填後加圧して高さ２．３ｍｍのダイヤモ
ンド混合粉末層を形成した。次にこの上に超硬合金円板
で蓋をした後、超高圧焼結装置内に配置し、圧力５５ｋ
ｂ、温度１４００℃で１５分間焼結した。

焼結後、封入容器を取り出し、上面の超硬合金蓋を研削
除去すると上面円形凹所に厚さ１．５ｍｍの焼結ダイヤ
モンド層を有し、これが周囲の合金容器に強固に接合し
た複合体ブロックが得られた。

この複合体ブロックを放電ワイヤカット加工機に装着し
、放電ワイヤカッティングにより複合体ブロックの軸方
向より直径２ｍｍ、長さ２３．５ｍｍの丸棒で支持部は
平均粒度０．７　μｍのＷＣ−０，５％ＶＣ−１３％Ｃ
ｏ超硬合金よりなり、その一端に長さ１．５ｍｍの焼結
ダイヤモンド層が固着形成された円柱体が得られた。

製造例４ 外径１８ｍｍ、内径１４ｍｍ、高さ１５ｍｍのＷＣ−１
２％Ｃ。

超硬合金リング、外径１４ｍｍ、高さ１２ｎｏｏのＷＣ
−２％ＴａＣ−１６％Ｃｏ合金よりなる円柱ブロック、
外径１４ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのＷＣ−１２％Ｃｏ超硬
合金円板と粒径３μｍのＣＢＮ８５％と残余がＴＩ　Ｎ
ｏ、　ａｘ粉末とＡＩ鉛粉末重量比で８０：２０として
混合した後、１０００℃で３０分真空炉内で加熱処理を
行った後、０．３μｍに粉砕した粉末とよりなるＣＢＮ
混合粉末を用意した。

超硬合金リングの内径に円柱ブロックを挿入して、超硬
合金リング内面と円柱ブロック上面とで形成される直径
１４ｍｍ　、深さ３ｍｍの凹所に前記ＣＢＮ混合粉末を
充填し、加圧して高さｌ、　７＋ｎｍのＣＢＮ混合粉末
層を形成した。次いで、超硬合金円板をかぶせて蓋をし
、超硬合金容器全体を超高圧焼結装置中に配置し、しか
る後圧力５０ｋｂ、温度１２５０℃で２０分間焼結を行
った。

焼結後、超硬合金容器を取り出し、上面のＷＣ−１２％
Ｃｏ超硬合金蓋を研削除去すると高さ１２ｍｍの支持部
の上面に厚さ１ｍｍの焼結ＣＢＮ層が接合して形成され
周囲に超硬合金製リングが支持体および焼結ＣＢＮ層に
接合した複合体ブロックが得られた。

この複合体ブロックを放電ワイヤカット加工機に装着し
、放電ワイヤカッティングにより複合体ブロックの軸方
向より一辺が１ｍｌＴ１１長さ１３ｍｍの角棒で支持部
は平均粒度１μｍのｌｌＩＣ−２％ＴａＣ−１６％Ｃｏ
合ダよりなり、その一端に長さｌ＋ｒ＋ｍの焼結ＣＢＮ
が固着形成された細長角棒が得られた。

製造例５ 外径４０闘、内径３６ｍｍ、高さ４０ｍｍのＷＣ−１２
％Ｃｏ超硬合金リング、外径３６ｍｍ、高さ３４ｍｍの
ＷＣ−１２％Ｃｏ超硬合金円柱ブロック、外径３６ｍｍ
、厚さ０．５ｍｍのＷＣ−１２％Ｃｏ超硬合金円板と粒
径３μｍのＣＢＮ粉末粉末６櫃 組成の粉末よりなるＣＢＮ混合粉末を用意した。

まずＣＢＮ混合粉末を直径３６ｍｍ，厚さ２．５ｍｍの
円板に加圧成型し、前記超硬合金リングの内径に下部よ
り超硬合金円板、ＣＢＮ成型体、超硬合金円柱ブロック
、ＣＢＮ成型体、超硬合金円板の順に積層配置し、セッ
トした容器全体を超高圧焼結装置中に配置して圧力４０
ｋｂ，温度１２００℃で２０分間焼結した。

焼結後取り出し、上下の超硬合金蓋を研削除去すると高
さ３４ｍｍの超硬合金円柱ブロックの上下面に直径３６
ｍｍ、厚さ１．　５ｍｍの焼結ＣＢＮ層が固着形成され
、更に周囲が超硬合金リングでおおわれた複合体ブロッ
クが得られた。

次に、この複合体ブロックを放電ワイヤカット加工機に
装着し、放電ワイヤカッティングにより複合ブロック軸
方向より、直径２．５ｍｍ，長さ３７ｍｍの丸棒でその
両端に長さ１．　５ｍｎ＋の焼結ＣＢＮ層が固着形成さ
れものが得られた。

この丸棒を更に長さ方向中央部で切断２分することによ
り直径２．５ｏ＋ｍ、長さ１８ｍｍの丸棒で支持部はＷ
Ｃ−１２％Ｃｏ超硬合金よりなり一端に長さ１．５ｍｎ
＋の焼結ＣＢＮ層が固着形成された棒状体が１尋られた
。

尚、本明細書中では％の表示は、特別に示さない限り体
積パーセントで示す。

ｊＡ１ 本発明の複合焼結材料をドリルに適用した例を第６図に
示す。

第６Ｅ（ａ）に示す如く、ドリルのシャンク２５の先端
に、断面円形の複合焼結材料とはＸ゛同一径の孔２６を
穿設する。この孔２６に本発明の複合焼結材料２３の支
持部の一端部を押し込み、固定する。このとき、孔２６
内にロウ材を滴下しておき、ロウ付けしてもよい。

この第６図（ａ）に示す如く、シャンクに固定された複
合焼結材料２３を刃付は加工し、第６図ら）に示す如き
ドリルを得た。この本発明の複合焼結材料を用いて製造
したドリルは複雑な電子ビーム溶接による接合部分を含
まず、しかも全体として強固且つ堅牢な構造である。従
って、ガラエボ基板の如き高性能のプリント基板に対し
ても高能率の穴あ番すを行うことが可能である。

更に、本発明の複合焼結材料は断面が任意の形状にカッ
トされているので、断面が円形の場合は第６図（ａ）に
示す如くドリルのシャンクの先端に穿孔された穴に押し
込む際にも特別な加工を必要とせずに取り付けることが
でき、更に刃先加工の削り代も少量であり経済的である
。

発明の効果 以上に説明の如く本発明は、特願昭５９−１２０２１８
号及び特願昭５９−１２０２１９号に記載の複合焼結材
料に於いてその支持部の組成を改善して強度および抗折
力の高い支持部を提供することに成功したものである。

すなわち、本出願人は特願昭５９−１２０２１．９号で
ガラエボ基板の如き難削性の基板の穴あけを容易且つ高
性能で実現する長寿命のドリル用の複合焼結材料を開示
したが、これに更に支持部の改善を行い耐摩耗性および
剛性を高め高速回転等の苛酷な使用条件でも長寿命のド
リル等を容易に製造可能としたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の複合ダイヤモンド焼結体の構造を示
す。 第２図は従来技術の複合焼結体を刃先に固着したドリル
を示す。 第３図（ａ）及び（ハ）はそれぞれ本発明の実施例の複
合焼結材料円柱体を示す。 第４図（ａ）およびら）はそれぞれ本発明の複合焼結材
ρ円柱体を切り出す前の状態の複合焼結材料ブロックの
斜視図である。 第５図は、複合材料ブロックから小断面の円柱体を切り
出す位置を示す。 第６図（ａ）は本発明の複合焼結材料円柱体をドリルの
シャンクに固着した状態を示し、第６図ら）はこのよう
にして得られたドリルを示す。 （主な参照番号） １１・・・従来のダイヤモンド工具の焼結ダイヤモンド
層、１２・・・超硬合金製の支持部、１３・・・従来の
複合焼結ダイヤモンドのチップ、１５・・・シャンク、 ２１・・・本発明の複合焼結材料の硬質焼結部、２２・
・・支持部、２３・・・本発明の複合焼結材料、２４・
・・中間接合部、 ３１・・・複合材料ブロックの硬質焼結部、３２・・・
支持部、３３・・・複合材料ブロック、３４・・・中間
接合部、 特許出願人　住友電気工業株式会社 代　理　人　弁理士　新居　正彦 第１図　　　　第２図 第３図 （’ａ）　　　　　　（ｂ） 第４図 第５凶

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）ダイヤモンド粉末または高圧相窒化硼素粉末のい
   ずれか一方または双方を５０％以上含有する硬質焼結部
   と、その１端部で該硬質焼結部と接合している支持部と
   を具備する複合焼結材料であって、該硬質焼結部と該支
   持部との接合は該硬質焼結部の焼結過程で形成されたも
   のであり； 更に、該複合焼結材料の直径あるいは相当直径は３ｍｍ
   以下であり； 該硬質焼結部の軸方向長さが０．３〜２ｍｍであり；該
   支持部の軸方向長さが該硬質焼結部の軸方向長さの５倍
   以上であり； 該支持部はＷＣを主成分とした炭化物を鉄族金属で結合
   した超硬合金からなり、この超硬合金中の炭化物の平均
   粒度が３μｍ以下であり、また結合金属量が７重量％以
   上であることを特徴とする硬質な頭部を有する複合焼結
   材料。
2. （２）上記硬質焼結部のダイヤモンド粉末または高圧相
   窒化硼素粉末は平均粒度３０μｍ以下であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の硬質な頭部を有する
   複合焼結材料。
3. （３）上記硬質焼結部のダイヤモンド粉末または高圧相
   窒化硼素粉末は平均粒度１０μｍ以下であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の硬質な頭部を有する
   複合焼結材料。
4. （４）上記超硬合金中の結合金属がＣｏであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに
   記載の硬質な頭部を有する複合焼結材料。
5. （５）上記超硬合金中の炭化物の粒度が２μｍ以下であ
   り、結合金属量が１２重量％以上であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の
   硬質な頭部を有する複合焼結材料。
6. （６）上記硬質焼結部と支持部との接合は厚さが０．５
   ｍｍ以下の中間接合層を介してなされていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記
   載の硬質な頭部を有する複合焼結材料。