マシナブルセラミックス加工用小径ドリル
【課題】ドリルの先端部切れ刃を形状と材質で最適化して、摩耗の進行を抑制する事で先端部切れ刃の鋭利さを保ち、ワークの穴精度を高精度に維持する事ができ、折損事故も防止できる、直径２ｍｍ以下のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルを提供する。
【解決手段】マシナブルセラミックスに直径２ｍｍ以下の穴あけ加工を行う小径ドリルであり、小径ドリルの先端部切れ刃は、中心側切れ刃と外周側切れ刃から構成され、回転軌跡の先端角の角度は、中心側切れ刃を１２０°〜１４０°、外周側切れ刃を７０°〜１００°、外周側切れ刃の投影長さを直径の５％〜３０％の範囲とする。さらにねじれ角が２５°〜３５°、マージン部の円周長さは、小径ドリルの直径の１５％〜３０％の範囲とし、リーディングエッジに接続された先行マージン部と、ヒールに接続された後方マージン部の間は円筒部が削除されている形状とするのがよい。
【解決手段】マシナブルセラミックスに直径２ｍｍ以下の穴あけ加工を行う小径ドリルであり、小径ドリルの先端部切れ刃は、中心側切れ刃と外周側切れ刃から構成され、回転軌跡の先端角の角度は、中心側切れ刃を１２０°〜１４０°、外周側切れ刃を７０°〜１００°、外周側切れ刃の投影長さを直径の５％〜３０％の範囲とする。さらにねじれ角が２５°〜３５°、マージン部の円周長さは、小径ドリルの直径の１５％〜３０％の範囲とし、リーディングエッジに接続された先行マージン部と、ヒールに接続された後方マージン部の間は円筒部が削除されている形状とするのがよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マシナブルセラミックスの加工用小径ドリルに関し、マシナブルセラミックスの穿孔に最適な小径ドリル、特にドリルの先端部切れ刃の新規な形状を有する小径ドリルを提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明の小径ドリルでの穴あけ加工として対象とするマシナブルセラミックスとは、セラミックス中に、雲母やジルコニア微結晶などを分散させ、へき開性もしくは耐クラック性を持たせたセラミックスである。この特性により、以前では困難であったセラミックスの機械加工が容易に可能となる。そのため加工が容易である点や、セラミックスが有する電気絶縁性、高熱伝導性または低熱伝導性、耐食性などの特徴を生かし、碍子、保護管、基板、化学装置用ノズル、プローブカードなどに使用されている。加工容易性を生かした製品では、量産品の原型模型をマシナブルセラミックスで試作する例も知られている。これらのマシナブルセラミックスは、必要に応じて穿孔、旋削、フライス削りなどの機械加工が必要である。本発明は、特に半導体装置の検査工程用プローブカードに用いられるマシナブルセラミックスなどを対象として、直径が２ｍｍ以下、望ましくは０．５ｍｍ以下の小径の穴あけ加工を行う小径ドリルに関する。
【０００３】
以下、最も小径のドリルが必要とされる一例として、プローブカードの穴あけ加工を例にとって説明する。半導体の集積回路の製造工程において、ウェハ上に回路が完成した段階で、ウェハを個々のチップに切り離す前に、通電テストを行う。このとき、プローブカードと呼ばれる検査治具を用いて行う。プローブカードには、絶縁体としてマシナブルセラミックスが用いられ、多数の穿孔された小径の穴（具体的に例示すると、直径１２インチ程度のマシナブルセラミックスの円板に、直径が０．１ｍｍ程度の小径の穴が、４００００個程度穿孔される）に先端が針状のプローブが差し込まれる。
【０００４】
現在使用されているプローブカードのマシナブルセラミックスを穴あけ加工する小径ドリルは、主に超硬素材が多く、ドリル形状としても特別な物は用いられておらず、昔から汎用形状のものが使用されている。また本発明では、ドリルの直径が２ｍｍ以下のものを小径と言う。
【０００５】
ドリル先端部切れ刃の形状に特徴のある例を挙げると、特許文献１、及び特許文献２には、切れ刃外周側に面取り刃を設けたものが開示されている。これらのドリルは、高硬度材や鋳鉄の穴あけ加工において、加工穴周囲のこばカケを防止して長寿命化を図る事を目的としており、切れ刃にネガランドやホーニングを設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１０３７３８号公報
【特許文献２】特開平７−８０７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１や２に記載のドリルは、ネガランドやホーニングによって刃先のチッピングや、こばカケを防止する事はできるが、切削抵抗が増大するという問題があった。特に本発明が対象とするマシナブルセラミックスは直径２ｍｍ以下の小径であり、切削抵抗が高くなると折損する可能性が高いため、前記の公知のドリルを適用する事は困難である。
【０００８】
マシナブルセラミックスの主用途の一つであるプローブカードは、接触時に圧力を発生させるスプリング機構を持ったものなどが主流になっており、プローブの径や間隔は数十〜百マイクロメートル程度と高密度化しており、１つのマシナブルセラミックスのディスクにおいて数百個〜数万個程のプローブが差し込まれる。通電テストではプローブカードをテスト装置に接続し、測定をされるチップ上の端子にテストパターンに従って電圧をかけ、出力を測定して期待値と比較する事でチップの良否を判定する。その際、チップ上の端子にプローブを正確にあてる事が必要であり、マシナブルセラミックスに穿孔された穴の精度が非常に重要となる。例えば、最近のプローブカードに用いられるマシナブルセラミックスに要求される穴精度は、穴径精度がレンジで５μｍ以下、表面と裏面の穴の真直度はレンジで１０μｍ以下、内面の最大面粗さＲｚは１μｍ以下であり、非常に高精度で管理されている。近い将来の目標は、穴径精度はレンジで２μｍ以下、表面と裏面の穴の真直度はレンジで５μｍ以下とされており、ドリルに要求される性能と精度は更に高くなる見込みである。
【０００９】
現在、前記プローブカードに用いられるマシナブルセラミックスとしては、主にＺｒＯ２−ＺｒＳｉＯ４−ＳｉＮを主要成分としたものなどが用いられている。本発明者はこのマシナブルセラミックスを対象に超硬合金製の従来の一般的な小径ドリルを用いて上記マシナブルセラミックスに穴あけ加工を行い、ドリルの損傷状態を調査した。使用した超硬製の小径ドリルは、材質が超微粒子の超硬合金、ドリル直径が０．１２ｍｍである。従来の一般的な小径ドリルでマシナブルセラミックスを穿孔した後、小径ドリルの損傷状態の調査を行った結果、ドリルの先端部切れ刃にノコギリ刃の様なギザギザ状の摩耗が発生し、加工穴数の増加により穴精度が低下する事が分かった。
【００１０】
この現象の原因をマシナブルセラミックスの組織とドリルの刃先との関係から考察したモデルを図１６に示す。図１６はマシナブルセラミックスの切削過程を示す説明図である。図１６において、マシナブルセラミックス４１はセラミックスの結晶粒４２とセラミックスの結晶粒界４３から構成されており、雲母やジルコニア微結晶などはセラミックスの結晶粒界４３の中に分散されている。切削加工中において、先端部切れ刃の逃げ面４４及び先端部切れ刃のすくい面４５から構成される先端部切れ刃６がマシナブルセラミックス４１に接触すると、先端部切れ刃６とマシナブルセラミックス４１の接触点近傍で応力が集中するため、クラックが発生する。ここでセラミックスの結晶粒界４３に分散されている雲母やジルコニア微結晶はへき開性があり、結晶の特定方向に対して割れやすい性質を持つ。そのため、先端部切れ刃６とマシナブルセラミックス４１の接触点近傍における応力により、セラミックスの結晶粒界４３を境にしてセラミックスの結晶粒４２がはく離する。この事により、クラックはわずかな大きさにとどまるため、クラックの内部への大幅な進行は防止される。
【００１１】
その結果、マシナブルセラミックスの切り屑４７は一般の鋼材に見られる切削切り屑とは異なり、非常に細かい粒子となる。また、マシナブルセラミックス４１の加工面は、それぞれ粒径が異なる細かい粒子がはく離した形状となるため、ギザギザ状の形状を持った面となる。そのため、その加工面に接触するドリルの先端部切れ刃の逃げ面４４には図５に示すようにノコギリ刃の様なギザギザ状の摩耗が発生する。そのために、ドリルの摩耗進行は一般の鋼材をドリル加工する場合と比べ不安定になると共に、ドリル基材の摩耗が早く進みやすい。本発明の目的は、このような特殊な摩耗進行が発生する被削材に対して、安定して長寿命なドリルを提案することである。
【００１２】
本発明が対象とするドリルはマシニングセンターにて高速で回転するため、被削材のマシナブルセラミックスと摩擦が生じる事でドリルの先端部切れ刃の摩耗が進行する。特にプローブカードに用いられるマシナブルセラミックスの熱伝導率は極めて低く、切削を行う際に発生する切削熱は、先端部に伝達して吸収されてしまう。これらの現象によって、小径ドリルの先端部から外周側にかけて著しく摩耗が進行し、特にドリルの外周コーナ部は切削速度が最も早く摩耗が進行しやすくなる。この外周コーナ部の摩耗が進行して外周コーナ部が丸くなってしまうと、図６に表すようにそれまで摩耗が進行しなかったマージンへの摩耗が著しく進行しはじめる。その結果、マージンにおける摩耗領域でのドリルの直径が小さくなってしまう。すると、マシナブルセラミックスに開けた穴径精度が、規格値から外れてしまう事になる。このように、ドリルの損傷状態の調査から、穴精度を高精度に維持するためには先端部の摩耗の進行を抑制する事が極めて重要である事がわかった。マージンの摩耗が進行すると、外周コーナ部のガイド性が低下するために、ドリルは不安定な切削となり、穴の真直度が悪くなるといった問題も生じていた。なお、本発明でいう穴精度とは以下の実施例にも示すように、ワークの表面での穴径精度、真直度としてワーク表面側及び裏面側の穴のＸ方向、それに直角なＹ方向のそれぞれの位置ずれの程度をいう。
【００１３】
また、先端部切れ刃の鋭利さが失われる事で切削抵抗が増大し、ドリルがいきなり折損するといった問題も発生していた。現在主に使用されているプローブカードで例示すると、現在のプローブカードの主流は、直径１２インチ程度のマシナブルセラミックスの円板が用いられており、これに４００００穴程度の小径の穴あけ加工を行う。従来の一般的なドリルの寿命を考慮した場合、ドリル１本で２００穴〜５００穴の穴あけ加工を行い、新品のドリルに交換する。ところが、従来の一般的なドリルの問題点の一つは、前述のようにドリルの寿命に達する前に、いきなりマシナブルセラミックスの中で折損を起こす事であり、このような折損事故では数十万円もするマシナブルセラミックスの素材が無駄になるばかりではなく、加工工数の無駄が発生してしまうのである。
【００１４】
したがって、本発明の目的をより具体的に示すと、ドリルの先端部切れ刃を形状と材質で最適化してドリルの摩耗の進行を抑制する事で、先端部切れ刃の鋭利さを保ちつつ、ワークの穴精度を高精度に維持し、折損事故も防止できるマシナブルセラミックス加工用小径ドリルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、マシナブルセラミックスなどに小径の穴あけ加工を行うドリルとして、ドリル基材、耐摩耗に最適な先端部切れ刃の形状、および先端部切れ刃への硬質皮膜の材質を検討した結果として生まれたものである。すなわち本発明は、マシナブルセラミックスに直径２ｍｍ以下の小径の穴あけ加工を行う小径ドリルであり、前記小径ドリルの先端部切れ刃は、中心側切れ刃と外周側切れ刃から構成されており、ドリルの軸心に対して垂直方向から見た回転軌跡での先端角の角度は、前記中心側切れ刃の先端角が１２０°〜１４０°、前記外周側切れ刃の先端角が７０°〜１００°であり、外周側切れ刃のドリル径方向への投影長さが直径の５％〜３０％の範囲である事を特徴とするマシナブルセラミックス加工用小径ドリルである。
【００１６】
本発明の他の発明は、中心側切れ刃および外周側切れ刃の先端角の角度と外周側切れ刃のドリル径方向への投影長さの条件に加えて、ドリルの先端部切れ刃以外の工具軸直角断面で見たときの、マージン部の形状を最適化したものである。すなわち、本発明の他の発明は、マシナブルセラミックスに直径２ｍｍ以下の小径の穴あけ加工を行う小径ドリルであり、前記小径ドリルの先端部切れ刃は、中心側切れ刃と外周側切れ刃から構成されており、ドリルの軸心に対して垂直方向から見た回転軌跡での先端角の角度は、前記中心側切れ刃の先端角が１２０°〜１４０°、前記外周側切れ刃の先端角が７０°〜１００°、外周側切れ刃のドリル径方向への投影長さが直径の５％〜３０％の範囲であり、前記小径ドリルのねじれ角が２５°〜３５°、前記小径ドリルのリーディングエッジに接続された先行マージン部と、ヒールに接続された後方マージン部を有し、先端部切れ刃以外の工具軸直角断面で見たときに、該マージン部の円周長さは、前記小径ドリルの直径の１５％〜３０％の範囲であり、前記先行マージン部と前記後方マージン部の間は円筒部が削除されている形状であることを特徴とするマシナブルセラミックス加工用小径ドリルである。本明細書でいうマージン部の円周長さとは、言い換えればマージン幅を示す。
【００１７】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、ドリルの基材が超硬合金であり、硬質皮膜を被覆した先端部切れ刃により形成されていることが望ましい。前記硬質皮膜は、例えば、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（以下ＤＬＣ）、または金属元素としてアルミニウム、チタン、クロム、シリコンから選択される１種または２種以上の元素から成る窒化物、炭化物、炭窒化物、炭酸窒化物などが推奨される。具体的にいえば、ダイヤモンド、ＤＬＣ、ＣｒＳｉＮ系、ＴｉＳｉＮ系、ＡｌＣｒＳｉＮ系、ＴｉＡｌＮ系の硬質皮膜が推奨される。
【００１８】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、少なくともドリルの先端部切れ刃の基材が立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）、または多結晶ダイヤモンドのいずれかにより形成されている事が望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、マシナブルセラミックスへの小径ドリルを用いた穴あけ加工において、外周コーナ部の摩耗進行を大幅に抑制する事が可能となる。
本発明によればマシナブルセラミックスを対象にした小径穴あけ加工でも、長時間に渡って安定した高い穴精度を維持できるドリルを提案する事ができる。
さらに、特にドリルの基材が超硬合金であり、硬質皮膜を被覆した先端部切れ刃とするか、少なくともドリルの先端部切れ刃の基材を立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）、または多結晶ダイヤモンドのいずれかにより形成すれば、先端部切れ刃の形状による外周コーナ部の摩耗進行を大幅に抑制する効果に加え、先端部切れ刃の鋭利さが確保される。特に本発明のドリルを適用するマシナブルセラミックスの用途としては、半導体の集積回路の製造工程において用いられるプローブカードの穴あけ加工が最適である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例であるマシナブルセラミックス加工用小径ドリルの軸心に対して垂直方向からみた正面図である。
【図２】図１のドリル部の拡大図である。
【図３】図１をドリルの回転方向に９０°回転させた時の左側面図を示す。
【図４】図２の回転軌跡を表す図である。
【図５】従来の一般的な小径ドリルの逃げ面摩耗の摩耗形態を表す模式図である。
【図６】従来の一般的な小径ドリルのマージン摩耗の摩耗形態を表す模式図である。
【図７】先端角の角度の違いによるチゼルエッジ長さの比較を表す図であり、（ａ）は先端角が大きくチゼルエッジ長さの短いものを示し、（ｂ）は先端角が小さくチゼルエッジ長さの長いものを示す。
【図８】本発明の他の一例であるマシナブルセラミックス加工用小径ドリルの先行マージン部と後方マージン部を有するドリル部の拡大図である。
【図９】本発明の他の一例であるマシナブルセラミックス加工用小径ドリルの図８のＡ−Ａ断面図を表す図である。
【図１０】従来の一般的な小径ドリルの最大摩耗幅を示す説明図である。
【図１１】従来の一般的な小径ドリルの最大マージン摩耗幅を示す説明図である。
【図１２】本発明例の中心側最大摩耗幅および外周側最大摩耗幅を示す説明図である。
【図１３】本発明例の最大マージン摩耗幅を示す説明図である。
【図１４】実施例の被削材の穴あけを示す概略説明図である。
【図１５】真直度の測定方法を示す説明図である。
【図１６】マシナブルセラミックスの切削過程を示す説明図である。
【図１７】先端部切れ刃の鋭利さが失われた時におけるマシナブルセラミックスの切削過程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態を図１〜図９に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例であるマシナブルセラミックス加工用小径ドリルの正面図である。図２は図１のドリル部１の拡大図であり、ドリルの先端部切れ刃６は、中心側切れ刃８と外周側切れ刃９から構成されている。図３は図１をドリルの回転方向に９０°回転させた時の左側面図を示す。図４は図２の回転軌跡を表す図である。図５は従来の一般的な小径ドリルの逃げ面摩耗の摩耗形態を表す模式図である。図６は従来の一般的な小径ドリルのマージン摩耗の摩耗形態を表す模式図である。図７は先端角の角度の違いによるチゼルエッジ長さ２０の比較を表す図であり、（ａ）は先端角が大きくチゼルエッジ１９の短いものを示し、（ｂ）は先端角が小さくチゼルエッジ１９の長いものを示す。図８は本発明の他の一例であるマシナブルセラミックス加工用小径ドリルの先行マージン部２２と後方マージン部２４を有するドリル部１の拡大図である。図９は図８のＡ−Ａ断面図を表す図であり、断面部分を斜線で示す。
【００２２】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、図１に示すように、直径Ｄを有するドリル部１と首部２が首下長さ３を構成し、シャンク部４と繋がっている。また、ドリル部１には切り屑排出のための溝７が設けられている。図２及び図４に示すように、ドリルの先端部切れ刃６は、中心側切れ刃８と外周側切れ刃９から構成されている。
【００２３】
被削材となるマシナブルセラミックスは、セラミックス中に雲母やジルコニア微結晶などを分散させたセラミックスである。切削時に生ずる加工面は細かい粒子がはく離したようなギザギザ状の形状を持った面となる。図５は従来の一般的な小径ドリルの逃げ面摩耗の摩耗形態を表す模式図であり、従来の一般的なドリルの先端部切れ刃の逃げ面４４には図５に示すようにノコギリ刃の様なギザギザ状の逃げ面摩耗１７が発生する。図６は従来の一般的な小径ドリルのマージン摩耗１８の摩耗形態を表す模式図であり、従来の一般的なドリルのマージン１３には図６に示すような形態のマージン摩耗１８が発生する。さらにマシナブルセラミックスは熱伝導率が低いため切り屑に熱が殆ど逃げずにドリルの先端部５に熱が貯まってしまう。これによりドリルの先端部５では逃げ面摩耗１７が進行しやすく、さらに切削速度が最も早い外周コーナ部１０の摩耗が進行して、図６に表すようにマージン摩耗１８が著しく進行し、ドリルの直径が小さくなり穴径精度が、規格値から外れてしまうといった問題を抱えている。さらに、図６に示すように先端部切れ刃６の逃げ面摩耗１７が進行した場合、先端部切れ刃６の鋭利さは大きく失われる事となる。図１７は先端部切れ刃の鋭利さが失われた時におけるマシナブルセラミックスの切削過程を示す説明図である。図１７に示すように、先端部切れ刃６の鋭利さが失われた場合、鋭利さが失われた先端部切れ刃４６とマシナブルセラミックス４１の接触面積が増加する。その結果、切削時に鋭利さが失われた先端部切れ刃４６とマシナブルセラミックス４１の接触領域にかかる応力が分散してしまう。するとクラックの進行方向が複数となり、マシナブルセラミックスの切削過程は、鋭利である時の先端部切れ刃６の切削過程と比べて異なったものとなる。その結果、加工穴のＸ方向、それに垂直なＹ方向におけるそれぞれの位置ずれの程度の悪化や、切削抵抗の増加によりドリルが折損するという問題が発生する。このような状態は、特に先端部５の摩耗進行が進むにつれて発生しやすくなるため、摩耗進行を抑制する事が重要である。よって、マシナブルセラミックス加工用小径ドリルとしては、摩耗進行を抑制し、なおかつ切れ味と食い付き性を確保した本発明のような先端部５の形状にする事が望ましい。
【００２４】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、マシナブルセラミックスに直径２ｍｍ以下の小径の穴あけ加工を行う小径ドリルであり、図２及び図４に示すように前記小径ドリルの先端部切れ刃６は、中心側切れ刃８と外周側切れ刃９から構成されており、ドリルの軸心に対して垂直方向から見た回転軌跡での先端角の角度は、前記中心側切れ刃の先端角１４が１２０°〜１４０°、前記外周側切れ刃の先端角１５が７０°〜１００°であり、外周側切れ刃９のドリル径方向への投影長さ１６が直径Ｄの５％〜３０％の範囲である事を特徴としている。
【００２５】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、図４に示すように中心側切れ刃の先端角１４は１２０°〜１４０°で設ける。これによって、マシナブルセラミックスを穴あけ加工する際、先端部５が被削材に充分に食い付き、先端部５が被削材に対して真っ直ぐに切削する事ができるようになる。中心側切れ刃の先端角１４が１２０°未満の場合、先端部５の剛性が低下すると共に、熱伝導率の低いマシナブルセラミックスを穴あけ加工する際に発生する切削熱の影響を受けやすくなる。そのため切削熱を先端部５から逃がす事ができずに摩耗が進行しやすくなってしまう。更に中心側切れ刃の先端角１４が１２０°未満の場合、製造上の問題が生じる。図７は先端角の角度の違いによるチゼルエッジ長さの比較を表す図である。例えば、図７（ａ）、（ｂ）に表すように図７（ｂ）の先端角の小さいものは、図７（ａ）の先端角が大きいものと比較すると、先端部５のチゼルエッジ１９が長くなってしまう。言い換えれば、先端角の角度の違いにより図７（ｂ）に示すようにチゼルエッジ１９が長くなってしまう。つまり平面に投影した時にドリルの先端部５の投影した切れ刃の長さ２１が短くなり、被削材への食い付き性が下がる事で、加工穴の真直度が悪くなるといった問題が生じる。また、中心側切れ刃の先端角１４が１４０°を超える場合、被削材に先端部５が食い付きにくくなるため、先端部５が不安定になり、加工穴の真直度が低下してしまう。また、中心側切れ刃の先端角１４が１２５°〜１３５°の範囲がより好ましい。これらの事は以下に示す実施例から明らかになった。
【００２６】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、図４に示すように外周側切れ刃の先端角１５を７０°〜１００°で設ける。これにより、外周側切れ刃９とリーディングエッジ１２とが成す角度が外周側切れ刃９を設けない場合に比べ大きくなり、外周コーナ部１０の摩耗進行を抑制する事ができるため、長時間に渡って高精度な穴あけ加工が可能になる。
【００２７】
従来の一般的なドリルの場合、先端部切れ刃６の先端角を小さくすると先端部切れ刃６とリーディングエッジ１２とがなす角度が大きくなる事で外周コーナ部１０の剛性が上がり、外周コーナ部１０の耐摩耗性は向上するが、図７（ｂ）に示すように平面に投影した時にドリルの先端部５の投影した切れ刃の長さ２１が短くなり、被削材への食い付き性が下がる事で穴の真直度が悪くなる。一方では、先端部切れ刃６の先端角を大きくすると、先端部切れ刃６の切れ味は向上するが、先端部切れ刃６とリーディングエッジ１２とが成す角度が小さくなるために外周コーナ部１０の剛性が下がり、摩耗進行が早くなってしまう。そこで本発明では、切れ味と耐摩耗性を両立して向上させるために、ドリルの先端部切れ刃６に中心側切れ刃８と外周側切れ刃９を設け、前記外周側切れ刃の先端角１５を７０°〜１００°の範囲で設ける。
【００２８】
外周側切れ刃の先端角１５が７０°未満の場合、穴あけ加工する際に外周コーナ部１０のガイド性は向上するが、中心側切れ刃８と外周側切れ刃９の成す角部１１の角度が小さくなってしまい、カケやチッピングが発生する可能性が高くなると共に、この角部１１の摩耗進行が容易になってしまうため、穴あけ加工精度を悪化させてしまう。外周側切れ刃の先端角１５の適正範囲についても以下の実施例から明らかになったものである。また、外周側切れ刃の先端角１５が１００°を超える場合、外周コーナ部１０の角度が小さくなってしまい、熱伝導率の低いマシナブルセラミックスを穴あけ加工する際に発生する切削熱を、外周コーナ部１０から逃がす事ができずに摩耗が進行し、外周コーナ部１０が丸くなってしまう。これによってマージン摩耗１８が進行し、先端部５の直径が小さくなりやすくなる、その結果、加工した穴径が小さくなるほか、外周コーナ部１０のガイド性が低下する事によって、ドリルが不安定になり、長時間に渡る高精度な穴あけ加工が困難になってしまう。好ましくは、外周側切れ刃の先端角１５が８０°〜９０°の範囲が良く、この場合には外周コーナ部１０のガイド性が安定しマージン摩耗１８が抑制され、更に長時間に渡って高精度な穴あけ加工が可能となる。
【００２９】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、図４に示すように外周側切れ刃９のドリル径方向への投影長さ１６を直径の５％〜３０％の範囲で設ける。これにより、外周コーナ部１０の摩耗を抑制するとともに、穴精度を向上して加工できるようになる。外周側切れ刃９のドリル径方向への投影長さ１６が直径の５％未満の場合、外周側切れ刃９の外周コーナ部１０の摩耗抑制効果が低下し、外周コーナ部１０の摩耗が進行してしまうため、長時間に渡って高精度な穴あけ加工が維持できないといった問題が発生する。また、外周側切れ刃９のドリル径方向への投影長さ１６が直径の３０％を超える場合、ドリルの先端部５の摩耗が進行しやすくなる。これにより先端部５の食い付き性が低下して穴あけ加工精度が悪くなってしまう。好ましくは、外周側切れ刃９のドリル径方向への投影長さ１６が直径の１５％〜２０％の範囲が良く、この条件であれば、摩耗の進行が抑制され長時間に渡って高精度な穴あけ加工が可能となる。
【００３０】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、先端部切れ刃６以外の工具軸直角断面で見たときに、ドリルはリーディングエッジ１２に接続する先行マージン部２２と、ヒールに接続された後方マージン部２４を有し、前記先行マージン部２２と前記後方マージン部２４の間は円筒部が削除されている、円筒削除部２３を有する形状である事が好ましい。
【００３１】
図８に本発明のドリル部の拡大図を、図９に図８のＡ−Ａ断面図を示し、断面部分を斜線で示す。また本発明例図８の回転軌跡は図４で表す事ができる。図９に示すように、先行マージン部２２と後方マージン部２４を設けることによって、外周コーナ部１０のガイド性を高める事ができ、穴あけ加工精度を更に向上する事が可能となる。ここでもし、先行マージン部２２と後方マージン部２４の間の円筒部が削除されていない場合、すなわち円筒削除部２３を有さない形状においては、マージン部が被削材に接触する面積が大きくなるため切削トルクが大きくなる。小径ドリルはドリル自体の剛性が低く、切削トルクの影響を受けやすいため、寿命が低下してしまう恐れがある。このことから先行マージン部２２と後方マージン部２４のそれぞれの円周長さを、前記小径ドリルの直径の１５％〜３０％の範囲に設ける。好ましくは、前記小径ドリルの直径の２０％〜２５％の範囲が良い。前記１５％未満の場合は、切削トルクは軽減出来るが、外周コーナ部１０のガイド性を高める効果が低くなる。３０％を超える場合は、マージン部が被削材に接触する面積が大きくなるため穴あけ加工精度が高くなるが、切削トルクが急激に増加するため、ドリルが折損を起こす可能性が高くなる。
【００３２】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、前記小径ドリルのねじれ角が２５°〜３５°の範囲であることが好ましい。このことにより、先端部切れ刃６の剛性低下を防ぎつつ、マシナブルセラミックス特有の非常に細かい切り屑に対する切り屑排出性を確保する事が可能になる。２５°未満では先端部切れ刃６の剛性は上がるものの、切り屑排出性が低下するため、切削加工中に切り屑が詰まり折損を起こす可能性が高くなる。またドリルのねじれ角が３５°よりも大きい場合、先端部切れ刃６の剛性低下が著しく、刃先の鋭利さを維持する事が困難となる。
【００３３】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、ドリルの基材が超硬合金であり、硬質皮膜を被覆した先端部切れ刃６により形成されている事が望ましい。例えば、前記硬質皮膜は、ダイヤモンド、ＤＬＣ、または金属元素としてアルミニウム、チタン、クロム、シリコンから選択される１種または２種以上の元素から成る窒化物、炭化物、炭窒化物、炭酸窒化物などが推奨される。具体的にいえば、ダイヤモンド、ＤＬＣ、ＣｒＳｉＮ系、ＴｉＳｉＮ系、ＡｌＣｒＳｉＮ系、ＴｉＡｌＮ系などの皮膜である。
【００３４】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、少なくともドリルの先端部切れ刃６の基材が立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）、または多結晶ダイヤモンドのいずれかにより形成されていることが望ましい。これによりドリルの切削抵抗および先端部切れ刃６の摩耗を抑制し、長時間にわたる高精度な穴あけ加工が可能となる。
以下、本発明を下記の実施例により詳細に説明するが、それらにより本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００３５】
以下の表中にある各実施例では、本発明例、従来例、比較例を区分として示し、試料番号は本発明、従来例、比較例ごとに、連続の通し番号で記載した。
（実施例１）
実施例１は、代表的な従来例である先端部に外周側切れ刃を有さない刃形状に対して、本発明の形状を有する外周側切れ刃を有する刃形状との切削結果を比較したものである。本発明例１及び従来例１ともに、直径０．１２ｍｍ、首下長さ１．８ｍｍ、心厚３５％、溝長０．６ｍｍ、シャンク径３ｍｍに設けた状態に仕様を統一した。前記仕様以外は、マージン１３を有した二枚刃のドリルで、外周側切れ刃を有する本発明例１については中心側切れ刃の先端角を１４０°、外周側切れ刃の先端角を８０°、投影長さを直径Ｄの１５％（０．０１８ｍｍ）、ねじれ角を３０°とし、外周側切れ刃を有さない従来例１については先端部切れ刃の先端角を１４０°に設けた工具をそれぞれ作製し、切削試験を行った。また、本発明例１及び従来例１はドリルの基材を超硬合金とし、表面処理としてドリルの先端部切れ刃にＤＬＣコーティングを施したものである。
【００３６】
被削材（ワークとも言う。）はＺｒＯ２−ＺｒＳｉＯ４−ＳｉＮ系のマシナブルセラミックス（幅３０ｍｍ、奥行き３０ｍｍ、厚さ１．７ｍｍ）を用いた。
ガイド穴あけ用として、ボールエンドミルにより下穴を開け、その後前述したドリルにて穴深さ１．８ｍｍまでステップ加工により深穴を穴あけ加工する方法で行った。ガイド穴形成時の切削条件は、切削速度６．２ｍ／ｍｉｎ、１回転送り０．００５ｍｍ／ｒｅｖ、ステップ量０．０１１ｍｍ／回、加工穴深さ０．０６６ｍｍとし、冷却方法はエアブローを用いて行った。ドリルの切削条件は、切削速度６．２ｍ／ｍｉｎ、１回転送り０．００５ｍｍ／ｒｅｖ、ステップ量０．０６ｍｍ／回、加工穴深さ１．８ｍｍとし、冷却方法はエアブローを用いて行った。穴あけ加工数は、穴間隔０．２７ｍｍにて１列５０穴の４列とし、２００穴行った。
【００３７】
評価方法として、ドリルの摩耗の測定は、走査型電子顕微鏡を用い、２５００倍で測定した。測定箇所は、外周側切れ刃を有さないドリルの場合、図１０に示すように、先端部切れ刃の逃げ面４４における摩耗の最大幅を最大摩耗幅２５とし、また図１１に示すように、マージン１３において工具軸方向で測定した時の摩耗の最大幅を最大マージン摩耗幅２６とした。
外周側切れ刃を有するドリルの場合、図１２に示すように、中心側切れ刃逃げ面及び外周側切れ刃逃げ面における摩耗の最大幅を中心側最大摩耗幅２７、外周側最大摩耗幅２８とし、また図１３に示すように、マージン１３において工具軸方向で測定した時の摩耗の最大幅を最大マージン摩耗幅２６とした。
【００３８】
加工穴の穴径精度及び真直度の測定にはＣＮＣ画像測定機を用いた。穴径精度の測定方法としては測定対象となる加工穴３４を画像処理によって３６０ポイントに等分割し、その３６０ポイントでの近似円における穴径を測定する事により穴径精度を測定した。穴径精度の測定結果は１〜２００穴目までの測定した穴径の最大穴径と最小穴径の差とした。
【００３９】
真直度の測定方法は、図１４および図１５を用いて説明する。図１４は実施例の被削材の穴あけを示す概略説明図である。図１５は真直度の測定方法を示す説明図である。測定方法としては、図１４より、１穴目２９における、穴径精度の測定時に求めた近似円の中心を原点３０とした。同様に５０穴目３２の近似円の中心を求め、１穴目２９の原点３０と５０穴目の穴中心３３を結んだ直線を基準軸３１とした。
そして測定対象となる加工穴中心３５の、各加工穴の理論的中心位置３８（穴間隔０．２７ｍｍごとの位置）から、基準軸３１に対して垂直方向のずれ量をＸ方向ずれ量３６として測定し、前記加工穴中心３５が理論的中心位置３８に対して右側と左側のＸ方向ずれ量３６の右側のＸ方向ずれ量最大値と左側のＸ方向ずれ量最大値との幅をＸ方向ずれ量最大幅３９とした。また、理論的中心位置３８（穴間隔０．２７ｍｍごとの位置）から、各加工穴中心の基準軸３１方向のずれ量をＹ方向ずれ量３７として測定し、加工穴中心３５が理論的中心位置３８に対して上側と下側のＹ方向ずれ量３７の上側のＹ方向ずれ量最大値と下側のＹ方向ずれ量最大値との幅をＹ方向ずれ量最大幅４０とした。真直度の測定結果として、１〜２００穴目までのワーク表面側及び裏面側の各ずれ量を測定した時のＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０を測定結果とした。
【００４０】
実施例１では、２００穴加工後のドリルの摩耗及び加工穴の穴径精度、真直度の評価として、ドリルの摩耗は最大マージン摩耗幅２６を測定し、最大マージン摩耗幅２６が５μｍ以下、穴径精度が５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに１０μｍ以下のものを良好とした。
各試料の仕様及びドリルの摩耗及び穴径精度、真直度の評価結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】
表１より、本発明例１は最大マージン摩耗幅２６が５μｍ以下の３．５μｍ、穴径精度が５μｍ以下の４．８μｍで、真直度はＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに１０μｍ以下となり良好であった。一方、外周側切れ刃９を有さない従来例１では、最大マージン摩耗幅２６が５μｍを越えて９．１μｍ、穴径精度が９．４μｍと５μｍを大きく超えており、真直度もＸ方向ずれ量最大幅３９は１２μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は１５μｍと、どちらも良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。
上記結果から、マシナブルセラミックス加工用小径ドリルには外周側切れ刃９を有している事が好ましく、外周側切れ刃９を有さない場合には穴径精度の測定結果、Ｘ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が大きくなる事が分かる。これは外周側切れ刃９を有さないドリルでは先端部切れ刃６とリーディングエッジ１２とが成す角度が、外周側切れ刃９を有しているドリルにおける外周側切れ刃９とリーディングエッジ１２とが成す角度に比べ小さくなり、外周コーナ部の摩耗が進行しやすくなるためである。
【００４３】
（実施例２）
本発明例２〜１６及び比較例１〜６として、中心側切れ刃の先端角をそれぞれ変化させた以外は、マージン１３を有した二枚刃のドリルで、外周側切れ刃の先端角を８０°で一定とし、外周側切れ刃の投影長さを直径Ｄの１５％（０．０１８ｍｍ）、ねじれ角３０°として実施例１と同仕様の工具を作製し、切削試験を行った。中心側切れ刃の先端角は、本発明例２〜６、本発明例７〜１１及び本発明例１２〜１６においてはそれぞれ１４０°、１３５°、１３０°、１２５°、１２０°とし、比較例１、２、比較例３、４及び比較例５、６においてはそれぞれ１５０°、１１０°とした。切削条件及び被削材は実施例１と同様で行った。また、本発明例２〜６及び比較例１、２はドリルの基材を超硬合金とし、表面処理としてドリルの先端部切れ刃にＤＬＣコーティングを施したものとし、本発明例７〜１１及び比較例３、４はドリルの基材を超硬合金とし、表面処理として基材の表面から最下層がＴｉＡｌＮで最上層がＴｉＳｉＮの硬質皮膜を、ドリルの先端部切れ刃に施したものとした。本発明例１２〜１６及び比較例５、６はドリルの基材を超硬合金とし、表面処理として基材の表面から最下層がＴｉＡｌＮで最上層がＡｌＣｒＳｉＮの硬質皮膜を、ドリルの先端部切れ刃に施したものとした。表中の表記には最上層の成分で示した。
実施例２では、２００穴加工後のドリルの摩耗及び加工穴の穴径精度、真直度の評価として、ドリルの摩耗は中心側最大摩耗幅２７を測定し、中心側最大摩耗幅２７が１０μｍ以下、穴径精度が５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに１０μｍ以下のものを良好とした。各試料の仕様及びドリルの摩耗及び穴径精度、真直度の評価結果を表２に示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】
表２より、本発明例２〜１６は中心側最大摩耗幅２７が１０μｍ以下、穴径精度の測定結果が５μｍ以下、Ｘ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が１０μｍ以下で、良好であった。さらにＤＬＣコーティングを施したものでは本発明例３〜５が中心側最大摩耗幅２７は８μｍ以下、穴径精度の測定結果が３．５μｍ以下、Ｘ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が９μｍ以下で、特に良好であった。基材の表面から最下層がＴｉＡｌＮで最上層がＴｉＳｉＮの硬質皮膜を施したものでは、本発明例８〜１０が中心側最大摩耗幅２７が８μｍ以下、穴径精度の測定結果が４．５μｍ以下、Ｘ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が９μｍ以下で、特に良好であった。基材の表面から最下層がＴｉＡｌＮで最上層がＡｌＣｒＳｉＮの硬質皮膜を施したものでは、本発明例１３〜１５が中心側最大摩耗幅２７が８μｍ以下、穴径精度の測定結果が５μｍ以下、Ｘ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が９μｍ以下で、特に良好であった。
【００４６】
一方、比較例１は、２００穴切削時点で中心側最大摩耗幅２７が８．５μｍと１０μｍ以下ではあったが、穴径精度が５．３μｍと５μｍを大きく超え、真直度もＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が１１μｍであった。比較例２は２００穴切削時点で中心側最大摩耗幅２７が６．３μｍと１０μｍ以下ではあったが、穴径精度が５．１μｍと５μｍを超え、真直度もＸ方向ずれ量最大幅３９は１１μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は１２μｍと良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。同様に比較例３は、２００穴切削時点で中心側最大摩耗幅２７が８．７μｍと１０μｍ以下ではあったが、穴径精度が５．４μｍと５μｍを大きく超え、真直度もＸ方向ずれ量最大幅３９が１２μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０が１３μｍであった。比較例４は２００穴切削時点で中心側最大摩耗幅２７が６．５μｍと１０μｍ以下ではあったが、穴径精度が５．３μｍと５μｍを大きく超え、真直度もＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０は１２μｍとなり、良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。比較例５は、２００穴切削時点で中心側最大摩耗幅２７が８．７μｍと１０μｍ以下ではあったが、穴径精度が５．５μｍと５μｍを大きく超え、真直度もＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が１３μｍであった。比較例６は２００穴切削時点で中心側最大摩耗幅２７が６．８μｍと１０μｍ以下ではあったが、穴径精度が５．４μｍと５μｍを大きく超え、真直度もＸ方向ずれ量最大幅３９は１２μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は１３μｍと良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。
【００４７】
上記結果から、中心側切れ刃の先端角は１２０°〜１４０°の範囲にある事が好ましく、中心側切れ刃の先端角が上記範囲から外れている場合には、穴径精度が悪くなり、真直度のＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が大きくなる事が分かる。これは被削材への食い付きが不安定になり加工穴の真直度が悪くなった事を示す。
【００４８】
（実施例３）
本発明例１７〜２４及び比較例７〜１０として、外周側切れ刃の先端角をそれぞれ変化させた以外は、マージン１３を有した二枚刃のドリルで、中心側切れ刃の先端角を１３０°、外周側切れ刃の投影長さを直径Ｄの１５％（０．０１８ｍｍ）、ねじれ角３０°として一定とし、実施例１と同仕様の工具を作製し、切削試験を行った。外周側切れ刃の先端角は、本発明例１７〜２０及び本発明例２１〜２４において７０°、８０°、９０°、１００°とし、比較例５、６及び比較例７、８においてはそれぞれ６０°、１１０°とした。切削条件及び被削材は実施例１と同様で行った。また、本発明例１７〜２０及び比較例７、８はドリルの基材を超硬合金とし、表面処理としてドリルの先端部切れ刃にＤＬＣコーティングを施したものとし、本発明例２１〜２４及び比較例９、１０はドリルの先端部切れ刃の基材をＣＢＮとし、表面処理は無処理のものとした。
実施例３では、２００穴加工後のドリルの摩耗及び加工穴の穴径精度、真直度の評価として、ドリルの摩耗は最大マージン摩耗幅２６を測定し、最大マージン摩耗幅２６が５μｍ以下、穴径精度が５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに１０μｍ以下のものを良好とした。各試料の仕様及びドリルの摩耗及び穴径精度、真直度の評価結果を表３に示す。
【００４９】
【表３】
【００５０】
表３より、本発明例１７〜２４は最大マージン摩耗幅２６が５μｍ以下、穴径精度が５μｍ以下、真直度はＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに１０μｍ以下となり良好であった。さらにドリルの基材を超硬合金とし、ＤＬＣコーティングを施したものでは本発明例１８及び本発明例１９が最大マージン摩耗幅２６は４μｍ以下、穴径精度が３．５μｍ以下、真直度はＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに８μｍ以下となり、特に良好であった。ドリルの先端部切れ刃の基材をＣＢＮとし、表面処理が無処理のものでは本発明例２２及び本発明例２３が最大マージン摩耗幅２６は３．５μｍ以下、穴径精度が３．５μｍ以下、真直度はＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに９μｍ以下となり、特に良好であった。
【００５１】
一方、外周側切れ刃の先端角が６０°の比較例７は最大マージン摩耗幅２６が５．５μｍ、穴径精度が５．２μｍ、真直度はＸ方向ずれ量最大幅３９は１３μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は１２μｍで、ともに良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。また外周側切れ刃の先端角が１１０°の比較例８は最大マージン摩耗幅２６が５．３μｍと５μｍを越え、穴径精度が５．１μｍ、真直度はＸ方向ずれ量最大幅３９が１２μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は１１μｍで、ともに良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。同様に比較例９は、最大マージン摩耗幅２６が５．２μｍ、穴径精度が５．１μｍ、真直度はＸ方向ずれ量最大幅３９は１１μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は１２μｍで、ともに良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。また比較例１０は最大マージン摩耗幅２６が５．１μｍと５μｍを越え、穴径精度が５．０μｍ、真直度はＸ方向ずれ量最大幅３９が１０μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は１１μｍで、Ｙ方向ずれ量最大幅４０のみだが、良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。
【００５２】
上記結果から、外周側切れ刃の先端角は７０°〜１００°の範囲にある事が好ましく、外周側切れ刃の先端角が上記範囲から外れている場合には、穴径精度の測定結果と、真直度のＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が大きくなる事が分かる。これは外周側切れ刃の先端角が小さいと中心側切れ刃８と外周側切れ刃９の成す角部の剛性が低くなり、また外周側切れ刃の先端角が大きいと外周コーナ部の剛性が低くなる。このことにより角部及び外周コーナ部の摩耗が進行しやすくなりガイド性の低下によりドリルが不安定となり加工穴の真直度が悪くなったことを示す。
【００５３】
（実施例４）
本発明例２５〜３６及び比較例１１〜１４として、外周側切れ刃の投影長さをそれぞれ変化させた以外は、マージン１３を有した二枚刃のドリルで、中心側切れ刃の先端角を１３０°、外周側切れ刃の先端角を８０°、ねじれ角３０°として一定とし、実施例１と同仕様の工具を作製し、切削試験を行った。外周側切れ刃の投影長さは、本発明例２５〜３０及び本発明例３１〜３６において直径Ｄの５％（０．００６ｍｍ）、直径Ｄの１０％（０．０１２ｍｍ）、直径Ｄの１５％（０．０１８ｍｍ）、直径Ｄの２０％（０．０２４ｍｍ）、直径Ｄの２５％（０．０３０ｍｍ）、直径Ｄの３０％（０．０３６ｍｍ）とし、比較例１１，１２及び比較例１３、１４においてはそれぞれ直径Ｄの２％（０．００２４ｍｍ）、直径Ｄの３５％（０．０４２ｍｍ）とした。切削条件及び被削材は実施例１と同様で行った。また、本発明例２５〜３０及び比較例１１、１２はドリルの基材を超硬合金とし、表面処理としてドリルの先端部切れ刃にＤＬＣコーティングを施したものとし、本発明例３１〜３６及び比較例１３、１４はドリルの基材を超硬合金とし、表面処理を無処理のものとした。
実施例４では、２００穴加工後のドリルの摩耗及び加工穴の穴径精度、真直度の評価として、ドリルの摩耗は外周側最大摩耗幅２８を測定し、外周側最大摩耗幅２８が１５μｍ以下、穴径精度が５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに１０μｍ以下のものを良好とした。各試料の仕様及びドリルの摩耗及び穴径精度、真直度の評価結果を表４に示す。
【００５４】
【表４】
【００５５】
表４より、本発明例２５〜３６は外周側最大摩耗幅２８が１５μｍ以下、穴径精度が５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０がともに１０μｍ以下であった。さらにＤＬＣコーティングを施したものでは本発明例２７及び２８が、外周側最大摩耗幅２８は１２μｍ以下、穴径精度が３．５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０がともに８μｍ以下と特に良好であった。無処理のものでは本発明例３３及び３４が、外周側最大摩耗幅２８は１３μｍ以下、穴径精度が４μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０がともに９μｍ以下と特に良好であった。
【００５６】
一方、外周側切れ刃の投影長さが直径Ｄの２％（０．００２４ｍｍ）の比較例１１は外周側最大摩耗幅２８が１７．２μｍと１５μｍを大きく超え、穴径精度が８．２μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９は１４μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は１３μｍとどちらも良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。また、外周側切れ刃の投影長さ１６が直径Ｄの３５％（０．０４２ｍｍ）の比較例１２は外周側最大摩耗幅２８が１６．４μｍと１５μｍを超え、穴径精度が５．３μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０は１１μｍとどちらも良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。同様に比較例１３は外周側最大摩耗幅２８が１７．９μｍと１５μｍを大きく超え、穴径精度が８．６μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９は１４μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は１５μｍとどちらも良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。また、比較例１４は外周側最大摩耗幅２８が１７．１μｍと１５μｍを超え、穴径精度が６．１μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９は１２μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は１３μｍとどちらも良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。
【００５７】
上記結果から、外周側切れ刃の投影長さは直径Ｄの５％〜３０％の範囲にある事が好ましく、外周側切れ刃の投影長さが上記範囲から外れている場合には穴径精度の測定結果と、真直度のＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が大きくなる事が分かる。これは外周側切れ刃の投影長さが短いと、の外周コーナ部の摩耗抑制効果が低下し、外周コーナ部の摩耗が進行したことを示す。また外周側切れ刃の投影長さが長いと、先端部の食い付き性が低下して穴あけ加工精度が悪くなり、先端部の剛性が低くなり摩耗が早く進行したことを示す。
【００５８】
（実施例５）
本発明例３７〜３９として、二枚刃のドリルで、中心側切れ刃の先端角を１３０°、ねじれ角３０°、外周側切れ刃の先端角を８０°、外周側切れ刃の投影長さを直径Ｄの１５％（０．０１８ｍｍ）に設け、本発明例３７はマージン１３のみとし、マージン部の円周長さ（マージン幅）をドリルの直径の２０％とし、本発明例３８及び３９は、先行マージン部２２と後方マージン部２４を有し、先行マージン部と後方マージン部の間は円筒部が削除されている形状とした。また、本発明例３７〜３９の各マージン部の円周長さをドリルの直径の２０％とした以外は、実施例１と同仕様の工具を作製し、切削試験を行った。切削条件及び被削材は実施例１と同様で行った。また、本発明例３７、３８はドリルの基材を超硬合金とし、表面処理としてドリルの先端部切れ刃にＤＬＣコーティングを施したものとした。本発明例３９はドリルの先端部切れ刃の基材をＣＢＮとし、表面処理は無処理のものとした。
実施例５では、２００穴加工後のドリルの摩耗及び加工穴の穴径精度、真直度の評価として、ドリルの摩耗は外周側最大摩耗幅２８が１５μｍ以下、穴径精度が５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに１０μｍ以下のものを良好とした。各試料の仕様及びドリルの摩耗及び穴径精度、真直度の評価結果を表５に示す。
【００５９】
【表５】
【００６０】
表５より、本発明例３７〜３９は外周側最大摩耗幅２８が１５μｍ以下、穴径精度が５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０がともに１０μｍ以下の範囲にあり、良好であった。本発明例３７は外周側最大摩耗幅２８が１１．６μｍ、穴径精度が３．２μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９は８μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は７μｍであった。本発明例３８は外周側最大摩耗幅２８が１０．８μｍ、穴径精度が２．９μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９は６μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は７μｍとなり、先行マージン部と後方マージン部を設けたドリルではガイド性が高められ食い付きが安定したことにより、さらに良好な穴径精度を示した。またドリルの先端部切れ刃の基材をＣＢＮとし、表面処理が無処理の本発明例３９は外周側最大摩耗幅２８が９．７μｍ、穴径精度が２．７μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９は６μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は６μｍとなり、基材が超硬合金でＤＬＣコーティングを施した本発明例３８と同様に良好な結果を示した。
上記結果から、先行マージン部と後方マージン部を設ける事によって、外周コーナ部のガイド性を高める事ができ、穴あけ加工精度を更に向上した事を示す。
【００６１】
（実施例６）
本発明例４０〜５１として、二枚刃のドリルで、先行マージン部と後方マージン部の円周長さ（マージン幅）をそれぞれ変化させた以外は、先行マージン部２２と後方マージン部２４を有し、中心側切れ刃の先端角を１３０°、外周側切れ刃の先端角を８０°、外周側切れ刃の投影長さを直径Ｄの１５％（０．０１８ｍｍ）、ねじれ角３０°として実施例１と同仕様の工具を作製し、切削試験を行った。先行マージン部と後方マージン部の円周長さ（マージン幅）は共に同一とし、本発明例４０〜４５及び本発明例４６〜５１において、ドリルの直径の１２％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％とした。切削条件及び被削材は実施例１と同様で行った。また、本発明例４０〜４５はドリルの基材を超硬合金とし、表面処理としてドリルの先端部切れ刃にＤＬＣコーティングを施したものとし、本発明例４６〜５１はドリルの先端部切れ刃の基材を多結晶ダイヤモンドとし、表面処理は無処理のものとした。
実施例６では２００穴加工後の加工穴の穴径精度、真直度の評価として、穴径精度が５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに１０μｍ以下を良好とした。各試料の仕様及び穴径精度、真直度の評価結果を表６に示す。
【００６２】
【表６】
【００６３】
表６より、ドリルの基材を超硬合金とし、ＤＬＣコーティングを施したものでは、本発明例４１〜４４が穴径精度は３μｍ以下で、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０がともに８μｍ以下の範囲にあり、良好であった。さらに本発明例４２、４３は穴径精度が３μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０は７μｍ以下と特に良好であった。本発明例４０は穴径精度が３．３μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０は８μｍであった。本発明例４５は穴径精度が３．０μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９は８μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は９μｍであった。ドリルの先端部切れ刃の基材を多結晶ダイヤモンドとし、表面処理が無処理のものでは、本発明例４７〜５０が穴径精度は２μｍ以下で、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０がともに７μｍ以下の範囲にあり、良好であった。さらに本発明例４８、４９は穴径精度が１．５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０は７μｍ以下と特に良好であった。本発明例４６は穴径精度が１．７μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９は７μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は８μｍであった。本発明例５１は穴径精度が１．７μｍ、真直度はＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が８μｍであった。
上記結果から、マージン幅を１５％〜３０％の範囲では安定した加工精度が得られる事を示す。
【００６４】
（実施例７）
本発明例５２〜５６として、ねじれ角をそれぞれ変化させた以外は、先行マージン部２２と後方マージン部２４を有した二枚刃のドリルで、中心側切れ刃の先端角を１３０°、外周側切れ刃の先端角を８０°、外周側切れ刃の投影長さを直径Ｄの１５％（０．０１８ｍｍ）、先行マージン部と後方マージン部の円周長さ（マージン幅）を共にドリルの直径の２０％として実施例１と同仕様の工具を作製し、切削試験を行った。ねじれ角は本発明例５２〜５６において２０°、２５°、３０°、３５°、４０°とした。切削条件及び被削材は実施例１と同様で行った。また、本発明例５２〜５６はドリルの基材を超硬合金とし、表面処理としてドリルの先端部切れ刃にＤＬＣコーティングを施したものとした。
実施例７では、２００穴加工後のドリルの摩耗及び加工穴の穴径精度、真直度の評価として、ドリルの摩耗は中心側最大摩耗幅２７を測定し、中心側最大摩耗幅２７が１０μｍ以下、穴径精度が５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに１０μｍ以下とした。各試料の仕様及びドリルの摩耗及び穴径精度、真直度の評価結果を表７に示す。
【００６５】
【表７】
【００６６】
表７より、本発明例５３〜５５は穴径精度が３．５μｍ以下で、中心側最大摩耗幅２７が８μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０がともに７μｍ以下の範囲にあり、良好であった。本発明例５２では穴径精度が３．７μｍで、中心側最大摩耗幅２７が６．４μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９が８μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０が７μｍであった。これはねじれ角が小さく、先端部切れ刃の切れ味と切り屑排出性が低下する事により、切削抵抗の増大を招き、食い付き性が不安定になり加工穴の真直度が悪くなった事を示す。また、本発明例５６では穴径精度が３．６μｍで、中心側最大摩耗幅２７が８．３μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９が７μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０が８μｍであった。これはねじれ角が大きい場合は、中心側切れ刃の剛性が低下し、刃先の鋭利さを維持する事が困難となるため、中心側切れ刃の摩耗の進行が早い事が原因となり、加工穴の真直度が悪くなったと考えられる。
上記結果から、ねじれ角が２５°〜３５°の範囲では安定した加工精度が得られる事を示す。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明マシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、小径ドリルの先端部切れ刃が、中心側切れ刃と外周側切れ刃から構成されており、ドリルの先端部切れ刃を形状と材質で最適化して、摩耗の進行を抑制する事で先端部切れ刃の鋭利さを保ちつつ、ワークの穴精度を高精度に維持する事ができ、折損事故も防止できることが可能である。具体的な適用分野は、碍子、保護管、基板、化学装置用ノズルや特に半導体装置の検査工程用プローブカードなどに使用されているマシナブルセラミックスの穴あけ加工に適している。
【符号の説明】
【００６８】
１ ドリル部
２ 首部
３ 首下長さ
４ シャンク部
５ 先端部
６ 先端部切れ刃
７ 溝
８ 中心側切れ刃
９ 外周側切れ刃
１０ 外周コーナ部
１１ 角部
１２ リーディングエッジ
１３ マージン
１４ 中心側切れ刃の先端角
１５ 外周側切れ刃の先端角
１６ 投影長さ
１７ 逃げ面摩耗
１８ マージン摩耗
１９ チゼルエッジ
２０ チゼルエッジ長さ
２１ 投影した切れ刃の長さ
２２ 先行マージン部
２３ 円筒削除部
２４ 後方マージン部
２５ 最大摩耗幅
２６ 最大マージン摩耗幅
２７ 中心側最大摩耗幅
２８ 外周側最大摩耗幅
２９ １穴目
３０ 原点
３１ 基準軸
３２ ５０穴目
３３ ５０穴目の穴中心
３４ 測定対象となる加工穴
３５ 測定対象となる加工穴中心
３６ Ｘ方向ずれ量
３７ Ｙ方向ずれ量
３８ 理論的中心位置
３９ Ｘ方向ずれ量最大幅
４０ Ｙ方向ずれ量最大幅
４１ マシナブルセラミックス
４２ セラミックスの結晶粒
４３ セラミックスの結晶粒界
４４ 先端部切れ刃の逃げ面
４５ 先端部切れ刃のすくい面
４６ 鋭利さが失われた先端部切れ刃
４７ マシナブルセラミックスの切り屑
Ｄ 直径
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マシナブルセラミックスの加工用小径ドリルに関し、マシナブルセラミックスの穿孔に最適な小径ドリル、特にドリルの先端部切れ刃の新規な形状を有する小径ドリルを提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明の小径ドリルでの穴あけ加工として対象とするマシナブルセラミックスとは、セラミックス中に、雲母やジルコニア微結晶などを分散させ、へき開性もしくは耐クラック性を持たせたセラミックスである。この特性により、以前では困難であったセラミックスの機械加工が容易に可能となる。そのため加工が容易である点や、セラミックスが有する電気絶縁性、高熱伝導性または低熱伝導性、耐食性などの特徴を生かし、碍子、保護管、基板、化学装置用ノズル、プローブカードなどに使用されている。加工容易性を生かした製品では、量産品の原型模型をマシナブルセラミックスで試作する例も知られている。これらのマシナブルセラミックスは、必要に応じて穿孔、旋削、フライス削りなどの機械加工が必要である。本発明は、特に半導体装置の検査工程用プローブカードに用いられるマシナブルセラミックスなどを対象として、直径が２ｍｍ以下、望ましくは０．５ｍｍ以下の小径の穴あけ加工を行う小径ドリルに関する。
【０００３】
以下、最も小径のドリルが必要とされる一例として、プローブカードの穴あけ加工を例にとって説明する。半導体の集積回路の製造工程において、ウェハ上に回路が完成した段階で、ウェハを個々のチップに切り離す前に、通電テストを行う。このとき、プローブカードと呼ばれる検査治具を用いて行う。プローブカードには、絶縁体としてマシナブルセラミックスが用いられ、多数の穿孔された小径の穴（具体的に例示すると、直径１２インチ程度のマシナブルセラミックスの円板に、直径が０．１ｍｍ程度の小径の穴が、４００００個程度穿孔される）に先端が針状のプローブが差し込まれる。
【０００４】
現在使用されているプローブカードのマシナブルセラミックスを穴あけ加工する小径ドリルは、主に超硬素材が多く、ドリル形状としても特別な物は用いられておらず、昔から汎用形状のものが使用されている。また本発明では、ドリルの直径が２ｍｍ以下のものを小径と言う。
【０００５】
ドリル先端部切れ刃の形状に特徴のある例を挙げると、特許文献１、及び特許文献２には、切れ刃外周側に面取り刃を設けたものが開示されている。これらのドリルは、高硬度材や鋳鉄の穴あけ加工において、加工穴周囲のこばカケを防止して長寿命化を図る事を目的としており、切れ刃にネガランドやホーニングを設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１０３７３８号公報
【特許文献２】特開平７−８０７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１や２に記載のドリルは、ネガランドやホーニングによって刃先のチッピングや、こばカケを防止する事はできるが、切削抵抗が増大するという問題があった。特に本発明が対象とするマシナブルセラミックスは直径２ｍｍ以下の小径であり、切削抵抗が高くなると折損する可能性が高いため、前記の公知のドリルを適用する事は困難である。
【０００８】
マシナブルセラミックスの主用途の一つであるプローブカードは、接触時に圧力を発生させるスプリング機構を持ったものなどが主流になっており、プローブの径や間隔は数十〜百マイクロメートル程度と高密度化しており、１つのマシナブルセラミックスのディスクにおいて数百個〜数万個程のプローブが差し込まれる。通電テストではプローブカードをテスト装置に接続し、測定をされるチップ上の端子にテストパターンに従って電圧をかけ、出力を測定して期待値と比較する事でチップの良否を判定する。その際、チップ上の端子にプローブを正確にあてる事が必要であり、マシナブルセラミックスに穿孔された穴の精度が非常に重要となる。例えば、最近のプローブカードに用いられるマシナブルセラミックスに要求される穴精度は、穴径精度がレンジで５μｍ以下、表面と裏面の穴の真直度はレンジで１０μｍ以下、内面の最大面粗さＲｚは１μｍ以下であり、非常に高精度で管理されている。近い将来の目標は、穴径精度はレンジで２μｍ以下、表面と裏面の穴の真直度はレンジで５μｍ以下とされており、ドリルに要求される性能と精度は更に高くなる見込みである。
【０００９】
現在、前記プローブカードに用いられるマシナブルセラミックスとしては、主にＺｒＯ２−ＺｒＳｉＯ４−ＳｉＮを主要成分としたものなどが用いられている。本発明者はこのマシナブルセラミックスを対象に超硬合金製の従来の一般的な小径ドリルを用いて上記マシナブルセラミックスに穴あけ加工を行い、ドリルの損傷状態を調査した。使用した超硬製の小径ドリルは、材質が超微粒子の超硬合金、ドリル直径が０．１２ｍｍである。従来の一般的な小径ドリルでマシナブルセラミックスを穿孔した後、小径ドリルの損傷状態の調査を行った結果、ドリルの先端部切れ刃にノコギリ刃の様なギザギザ状の摩耗が発生し、加工穴数の増加により穴精度が低下する事が分かった。
【００１０】
この現象の原因をマシナブルセラミックスの組織とドリルの刃先との関係から考察したモデルを図１６に示す。図１６はマシナブルセラミックスの切削過程を示す説明図である。図１６において、マシナブルセラミックス４１はセラミックスの結晶粒４２とセラミックスの結晶粒界４３から構成されており、雲母やジルコニア微結晶などはセラミックスの結晶粒界４３の中に分散されている。切削加工中において、先端部切れ刃の逃げ面４４及び先端部切れ刃のすくい面４５から構成される先端部切れ刃６がマシナブルセラミックス４１に接触すると、先端部切れ刃６とマシナブルセラミックス４１の接触点近傍で応力が集中するため、クラックが発生する。ここでセラミックスの結晶粒界４３に分散されている雲母やジルコニア微結晶はへき開性があり、結晶の特定方向に対して割れやすい性質を持つ。そのため、先端部切れ刃６とマシナブルセラミックス４１の接触点近傍における応力により、セラミックスの結晶粒界４３を境にしてセラミックスの結晶粒４２がはく離する。この事により、クラックはわずかな大きさにとどまるため、クラックの内部への大幅な進行は防止される。
【００１１】
その結果、マシナブルセラミックスの切り屑４７は一般の鋼材に見られる切削切り屑とは異なり、非常に細かい粒子となる。また、マシナブルセラミックス４１の加工面は、それぞれ粒径が異なる細かい粒子がはく離した形状となるため、ギザギザ状の形状を持った面となる。そのため、その加工面に接触するドリルの先端部切れ刃の逃げ面４４には図５に示すようにノコギリ刃の様なギザギザ状の摩耗が発生する。そのために、ドリルの摩耗進行は一般の鋼材をドリル加工する場合と比べ不安定になると共に、ドリル基材の摩耗が早く進みやすい。本発明の目的は、このような特殊な摩耗進行が発生する被削材に対して、安定して長寿命なドリルを提案することである。
【００１２】
本発明が対象とするドリルはマシニングセンターにて高速で回転するため、被削材のマシナブルセラミックスと摩擦が生じる事でドリルの先端部切れ刃の摩耗が進行する。特にプローブカードに用いられるマシナブルセラミックスの熱伝導率は極めて低く、切削を行う際に発生する切削熱は、先端部に伝達して吸収されてしまう。これらの現象によって、小径ドリルの先端部から外周側にかけて著しく摩耗が進行し、特にドリルの外周コーナ部は切削速度が最も早く摩耗が進行しやすくなる。この外周コーナ部の摩耗が進行して外周コーナ部が丸くなってしまうと、図６に表すようにそれまで摩耗が進行しなかったマージンへの摩耗が著しく進行しはじめる。その結果、マージンにおける摩耗領域でのドリルの直径が小さくなってしまう。すると、マシナブルセラミックスに開けた穴径精度が、規格値から外れてしまう事になる。このように、ドリルの損傷状態の調査から、穴精度を高精度に維持するためには先端部の摩耗の進行を抑制する事が極めて重要である事がわかった。マージンの摩耗が進行すると、外周コーナ部のガイド性が低下するために、ドリルは不安定な切削となり、穴の真直度が悪くなるといった問題も生じていた。なお、本発明でいう穴精度とは以下の実施例にも示すように、ワークの表面での穴径精度、真直度としてワーク表面側及び裏面側の穴のＸ方向、それに直角なＹ方向のそれぞれの位置ずれの程度をいう。
【００１３】
また、先端部切れ刃の鋭利さが失われる事で切削抵抗が増大し、ドリルがいきなり折損するといった問題も発生していた。現在主に使用されているプローブカードで例示すると、現在のプローブカードの主流は、直径１２インチ程度のマシナブルセラミックスの円板が用いられており、これに４００００穴程度の小径の穴あけ加工を行う。従来の一般的なドリルの寿命を考慮した場合、ドリル１本で２００穴〜５００穴の穴あけ加工を行い、新品のドリルに交換する。ところが、従来の一般的なドリルの問題点の一つは、前述のようにドリルの寿命に達する前に、いきなりマシナブルセラミックスの中で折損を起こす事であり、このような折損事故では数十万円もするマシナブルセラミックスの素材が無駄になるばかりではなく、加工工数の無駄が発生してしまうのである。
【００１４】
したがって、本発明の目的をより具体的に示すと、ドリルの先端部切れ刃を形状と材質で最適化してドリルの摩耗の進行を抑制する事で、先端部切れ刃の鋭利さを保ちつつ、ワークの穴精度を高精度に維持し、折損事故も防止できるマシナブルセラミックス加工用小径ドリルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、マシナブルセラミックスなどに小径の穴あけ加工を行うドリルとして、ドリル基材、耐摩耗に最適な先端部切れ刃の形状、および先端部切れ刃への硬質皮膜の材質を検討した結果として生まれたものである。すなわち本発明は、マシナブルセラミックスに直径２ｍｍ以下の小径の穴あけ加工を行う小径ドリルであり、前記小径ドリルの先端部切れ刃は、中心側切れ刃と外周側切れ刃から構成されており、ドリルの軸心に対して垂直方向から見た回転軌跡での先端角の角度は、前記中心側切れ刃の先端角が１２０°〜１４０°、前記外周側切れ刃の先端角が７０°〜１００°であり、外周側切れ刃のドリル径方向への投影長さが直径の５％〜３０％の範囲である事を特徴とするマシナブルセラミックス加工用小径ドリルである。
【００１６】
本発明の他の発明は、中心側切れ刃および外周側切れ刃の先端角の角度と外周側切れ刃のドリル径方向への投影長さの条件に加えて、ドリルの先端部切れ刃以外の工具軸直角断面で見たときの、マージン部の形状を最適化したものである。すなわち、本発明の他の発明は、マシナブルセラミックスに直径２ｍｍ以下の小径の穴あけ加工を行う小径ドリルであり、前記小径ドリルの先端部切れ刃は、中心側切れ刃と外周側切れ刃から構成されており、ドリルの軸心に対して垂直方向から見た回転軌跡での先端角の角度は、前記中心側切れ刃の先端角が１２０°〜１４０°、前記外周側切れ刃の先端角が７０°〜１００°、外周側切れ刃のドリル径方向への投影長さが直径の５％〜３０％の範囲であり、前記小径ドリルのねじれ角が２５°〜３５°、前記小径ドリルのリーディングエッジに接続された先行マージン部と、ヒールに接続された後方マージン部を有し、先端部切れ刃以外の工具軸直角断面で見たときに、該マージン部の円周長さは、前記小径ドリルの直径の１５％〜３０％の範囲であり、前記先行マージン部と前記後方マージン部の間は円筒部が削除されている形状であることを特徴とするマシナブルセラミックス加工用小径ドリルである。本明細書でいうマージン部の円周長さとは、言い換えればマージン幅を示す。
【００１７】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、ドリルの基材が超硬合金であり、硬質皮膜を被覆した先端部切れ刃により形成されていることが望ましい。前記硬質皮膜は、例えば、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（以下ＤＬＣ）、または金属元素としてアルミニウム、チタン、クロム、シリコンから選択される１種または２種以上の元素から成る窒化物、炭化物、炭窒化物、炭酸窒化物などが推奨される。具体的にいえば、ダイヤモンド、ＤＬＣ、ＣｒＳｉＮ系、ＴｉＳｉＮ系、ＡｌＣｒＳｉＮ系、ＴｉＡｌＮ系の硬質皮膜が推奨される。
【００１８】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、少なくともドリルの先端部切れ刃の基材が立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）、または多結晶ダイヤモンドのいずれかにより形成されている事が望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、マシナブルセラミックスへの小径ドリルを用いた穴あけ加工において、外周コーナ部の摩耗進行を大幅に抑制する事が可能となる。
本発明によればマシナブルセラミックスを対象にした小径穴あけ加工でも、長時間に渡って安定した高い穴精度を維持できるドリルを提案する事ができる。
さらに、特にドリルの基材が超硬合金であり、硬質皮膜を被覆した先端部切れ刃とするか、少なくともドリルの先端部切れ刃の基材を立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）、または多結晶ダイヤモンドのいずれかにより形成すれば、先端部切れ刃の形状による外周コーナ部の摩耗進行を大幅に抑制する効果に加え、先端部切れ刃の鋭利さが確保される。特に本発明のドリルを適用するマシナブルセラミックスの用途としては、半導体の集積回路の製造工程において用いられるプローブカードの穴あけ加工が最適である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例であるマシナブルセラミックス加工用小径ドリルの軸心に対して垂直方向からみた正面図である。
【図２】図１のドリル部の拡大図である。
【図３】図１をドリルの回転方向に９０°回転させた時の左側面図を示す。
【図４】図２の回転軌跡を表す図である。
【図５】従来の一般的な小径ドリルの逃げ面摩耗の摩耗形態を表す模式図である。
【図６】従来の一般的な小径ドリルのマージン摩耗の摩耗形態を表す模式図である。
【図７】先端角の角度の違いによるチゼルエッジ長さの比較を表す図であり、（ａ）は先端角が大きくチゼルエッジ長さの短いものを示し、（ｂ）は先端角が小さくチゼルエッジ長さの長いものを示す。
【図８】本発明の他の一例であるマシナブルセラミックス加工用小径ドリルの先行マージン部と後方マージン部を有するドリル部の拡大図である。
【図９】本発明の他の一例であるマシナブルセラミックス加工用小径ドリルの図８のＡ−Ａ断面図を表す図である。
【図１０】従来の一般的な小径ドリルの最大摩耗幅を示す説明図である。
【図１１】従来の一般的な小径ドリルの最大マージン摩耗幅を示す説明図である。
【図１２】本発明例の中心側最大摩耗幅および外周側最大摩耗幅を示す説明図である。
【図１３】本発明例の最大マージン摩耗幅を示す説明図である。
【図１４】実施例の被削材の穴あけを示す概略説明図である。
【図１５】真直度の測定方法を示す説明図である。
【図１６】マシナブルセラミックスの切削過程を示す説明図である。
【図１７】先端部切れ刃の鋭利さが失われた時におけるマシナブルセラミックスの切削過程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態を図１〜図９に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例であるマシナブルセラミックス加工用小径ドリルの正面図である。図２は図１のドリル部１の拡大図であり、ドリルの先端部切れ刃６は、中心側切れ刃８と外周側切れ刃９から構成されている。図３は図１をドリルの回転方向に９０°回転させた時の左側面図を示す。図４は図２の回転軌跡を表す図である。図５は従来の一般的な小径ドリルの逃げ面摩耗の摩耗形態を表す模式図である。図６は従来の一般的な小径ドリルのマージン摩耗の摩耗形態を表す模式図である。図７は先端角の角度の違いによるチゼルエッジ長さ２０の比較を表す図であり、（ａ）は先端角が大きくチゼルエッジ１９の短いものを示し、（ｂ）は先端角が小さくチゼルエッジ１９の長いものを示す。図８は本発明の他の一例であるマシナブルセラミックス加工用小径ドリルの先行マージン部２２と後方マージン部２４を有するドリル部１の拡大図である。図９は図８のＡ−Ａ断面図を表す図であり、断面部分を斜線で示す。
【００２２】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、図１に示すように、直径Ｄを有するドリル部１と首部２が首下長さ３を構成し、シャンク部４と繋がっている。また、ドリル部１には切り屑排出のための溝７が設けられている。図２及び図４に示すように、ドリルの先端部切れ刃６は、中心側切れ刃８と外周側切れ刃９から構成されている。
【００２３】
被削材となるマシナブルセラミックスは、セラミックス中に雲母やジルコニア微結晶などを分散させたセラミックスである。切削時に生ずる加工面は細かい粒子がはく離したようなギザギザ状の形状を持った面となる。図５は従来の一般的な小径ドリルの逃げ面摩耗の摩耗形態を表す模式図であり、従来の一般的なドリルの先端部切れ刃の逃げ面４４には図５に示すようにノコギリ刃の様なギザギザ状の逃げ面摩耗１７が発生する。図６は従来の一般的な小径ドリルのマージン摩耗１８の摩耗形態を表す模式図であり、従来の一般的なドリルのマージン１３には図６に示すような形態のマージン摩耗１８が発生する。さらにマシナブルセラミックスは熱伝導率が低いため切り屑に熱が殆ど逃げずにドリルの先端部５に熱が貯まってしまう。これによりドリルの先端部５では逃げ面摩耗１７が進行しやすく、さらに切削速度が最も早い外周コーナ部１０の摩耗が進行して、図６に表すようにマージン摩耗１８が著しく進行し、ドリルの直径が小さくなり穴径精度が、規格値から外れてしまうといった問題を抱えている。さらに、図６に示すように先端部切れ刃６の逃げ面摩耗１７が進行した場合、先端部切れ刃６の鋭利さは大きく失われる事となる。図１７は先端部切れ刃の鋭利さが失われた時におけるマシナブルセラミックスの切削過程を示す説明図である。図１７に示すように、先端部切れ刃６の鋭利さが失われた場合、鋭利さが失われた先端部切れ刃４６とマシナブルセラミックス４１の接触面積が増加する。その結果、切削時に鋭利さが失われた先端部切れ刃４６とマシナブルセラミックス４１の接触領域にかかる応力が分散してしまう。するとクラックの進行方向が複数となり、マシナブルセラミックスの切削過程は、鋭利である時の先端部切れ刃６の切削過程と比べて異なったものとなる。その結果、加工穴のＸ方向、それに垂直なＹ方向におけるそれぞれの位置ずれの程度の悪化や、切削抵抗の増加によりドリルが折損するという問題が発生する。このような状態は、特に先端部５の摩耗進行が進むにつれて発生しやすくなるため、摩耗進行を抑制する事が重要である。よって、マシナブルセラミックス加工用小径ドリルとしては、摩耗進行を抑制し、なおかつ切れ味と食い付き性を確保した本発明のような先端部５の形状にする事が望ましい。
【００２４】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、マシナブルセラミックスに直径２ｍｍ以下の小径の穴あけ加工を行う小径ドリルであり、図２及び図４に示すように前記小径ドリルの先端部切れ刃６は、中心側切れ刃８と外周側切れ刃９から構成されており、ドリルの軸心に対して垂直方向から見た回転軌跡での先端角の角度は、前記中心側切れ刃の先端角１４が１２０°〜１４０°、前記外周側切れ刃の先端角１５が７０°〜１００°であり、外周側切れ刃９のドリル径方向への投影長さ１６が直径Ｄの５％〜３０％の範囲である事を特徴としている。
【００２５】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、図４に示すように中心側切れ刃の先端角１４は１２０°〜１４０°で設ける。これによって、マシナブルセラミックスを穴あけ加工する際、先端部５が被削材に充分に食い付き、先端部５が被削材に対して真っ直ぐに切削する事ができるようになる。中心側切れ刃の先端角１４が１２０°未満の場合、先端部５の剛性が低下すると共に、熱伝導率の低いマシナブルセラミックスを穴あけ加工する際に発生する切削熱の影響を受けやすくなる。そのため切削熱を先端部５から逃がす事ができずに摩耗が進行しやすくなってしまう。更に中心側切れ刃の先端角１４が１２０°未満の場合、製造上の問題が生じる。図７は先端角の角度の違いによるチゼルエッジ長さの比較を表す図である。例えば、図７（ａ）、（ｂ）に表すように図７（ｂ）の先端角の小さいものは、図７（ａ）の先端角が大きいものと比較すると、先端部５のチゼルエッジ１９が長くなってしまう。言い換えれば、先端角の角度の違いにより図７（ｂ）に示すようにチゼルエッジ１９が長くなってしまう。つまり平面に投影した時にドリルの先端部５の投影した切れ刃の長さ２１が短くなり、被削材への食い付き性が下がる事で、加工穴の真直度が悪くなるといった問題が生じる。また、中心側切れ刃の先端角１４が１４０°を超える場合、被削材に先端部５が食い付きにくくなるため、先端部５が不安定になり、加工穴の真直度が低下してしまう。また、中心側切れ刃の先端角１４が１２５°〜１３５°の範囲がより好ましい。これらの事は以下に示す実施例から明らかになった。
【００２６】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、図４に示すように外周側切れ刃の先端角１５を７０°〜１００°で設ける。これにより、外周側切れ刃９とリーディングエッジ１２とが成す角度が外周側切れ刃９を設けない場合に比べ大きくなり、外周コーナ部１０の摩耗進行を抑制する事ができるため、長時間に渡って高精度な穴あけ加工が可能になる。
【００２７】
従来の一般的なドリルの場合、先端部切れ刃６の先端角を小さくすると先端部切れ刃６とリーディングエッジ１２とがなす角度が大きくなる事で外周コーナ部１０の剛性が上がり、外周コーナ部１０の耐摩耗性は向上するが、図７（ｂ）に示すように平面に投影した時にドリルの先端部５の投影した切れ刃の長さ２１が短くなり、被削材への食い付き性が下がる事で穴の真直度が悪くなる。一方では、先端部切れ刃６の先端角を大きくすると、先端部切れ刃６の切れ味は向上するが、先端部切れ刃６とリーディングエッジ１２とが成す角度が小さくなるために外周コーナ部１０の剛性が下がり、摩耗進行が早くなってしまう。そこで本発明では、切れ味と耐摩耗性を両立して向上させるために、ドリルの先端部切れ刃６に中心側切れ刃８と外周側切れ刃９を設け、前記外周側切れ刃の先端角１５を７０°〜１００°の範囲で設ける。
【００２８】
外周側切れ刃の先端角１５が７０°未満の場合、穴あけ加工する際に外周コーナ部１０のガイド性は向上するが、中心側切れ刃８と外周側切れ刃９の成す角部１１の角度が小さくなってしまい、カケやチッピングが発生する可能性が高くなると共に、この角部１１の摩耗進行が容易になってしまうため、穴あけ加工精度を悪化させてしまう。外周側切れ刃の先端角１５の適正範囲についても以下の実施例から明らかになったものである。また、外周側切れ刃の先端角１５が１００°を超える場合、外周コーナ部１０の角度が小さくなってしまい、熱伝導率の低いマシナブルセラミックスを穴あけ加工する際に発生する切削熱を、外周コーナ部１０から逃がす事ができずに摩耗が進行し、外周コーナ部１０が丸くなってしまう。これによってマージン摩耗１８が進行し、先端部５の直径が小さくなりやすくなる、その結果、加工した穴径が小さくなるほか、外周コーナ部１０のガイド性が低下する事によって、ドリルが不安定になり、長時間に渡る高精度な穴あけ加工が困難になってしまう。好ましくは、外周側切れ刃の先端角１５が８０°〜９０°の範囲が良く、この場合には外周コーナ部１０のガイド性が安定しマージン摩耗１８が抑制され、更に長時間に渡って高精度な穴あけ加工が可能となる。
【００２９】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、図４に示すように外周側切れ刃９のドリル径方向への投影長さ１６を直径の５％〜３０％の範囲で設ける。これにより、外周コーナ部１０の摩耗を抑制するとともに、穴精度を向上して加工できるようになる。外周側切れ刃９のドリル径方向への投影長さ１６が直径の５％未満の場合、外周側切れ刃９の外周コーナ部１０の摩耗抑制効果が低下し、外周コーナ部１０の摩耗が進行してしまうため、長時間に渡って高精度な穴あけ加工が維持できないといった問題が発生する。また、外周側切れ刃９のドリル径方向への投影長さ１６が直径の３０％を超える場合、ドリルの先端部５の摩耗が進行しやすくなる。これにより先端部５の食い付き性が低下して穴あけ加工精度が悪くなってしまう。好ましくは、外周側切れ刃９のドリル径方向への投影長さ１６が直径の１５％〜２０％の範囲が良く、この条件であれば、摩耗の進行が抑制され長時間に渡って高精度な穴あけ加工が可能となる。
【００３０】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、先端部切れ刃６以外の工具軸直角断面で見たときに、ドリルはリーディングエッジ１２に接続する先行マージン部２２と、ヒールに接続された後方マージン部２４を有し、前記先行マージン部２２と前記後方マージン部２４の間は円筒部が削除されている、円筒削除部２３を有する形状である事が好ましい。
【００３１】
図８に本発明のドリル部の拡大図を、図９に図８のＡ−Ａ断面図を示し、断面部分を斜線で示す。また本発明例図８の回転軌跡は図４で表す事ができる。図９に示すように、先行マージン部２２と後方マージン部２４を設けることによって、外周コーナ部１０のガイド性を高める事ができ、穴あけ加工精度を更に向上する事が可能となる。ここでもし、先行マージン部２２と後方マージン部２４の間の円筒部が削除されていない場合、すなわち円筒削除部２３を有さない形状においては、マージン部が被削材に接触する面積が大きくなるため切削トルクが大きくなる。小径ドリルはドリル自体の剛性が低く、切削トルクの影響を受けやすいため、寿命が低下してしまう恐れがある。このことから先行マージン部２２と後方マージン部２４のそれぞれの円周長さを、前記小径ドリルの直径の１５％〜３０％の範囲に設ける。好ましくは、前記小径ドリルの直径の２０％〜２５％の範囲が良い。前記１５％未満の場合は、切削トルクは軽減出来るが、外周コーナ部１０のガイド性を高める効果が低くなる。３０％を超える場合は、マージン部が被削材に接触する面積が大きくなるため穴あけ加工精度が高くなるが、切削トルクが急激に増加するため、ドリルが折損を起こす可能性が高くなる。
【００３２】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、前記小径ドリルのねじれ角が２５°〜３５°の範囲であることが好ましい。このことにより、先端部切れ刃６の剛性低下を防ぎつつ、マシナブルセラミックス特有の非常に細かい切り屑に対する切り屑排出性を確保する事が可能になる。２５°未満では先端部切れ刃６の剛性は上がるものの、切り屑排出性が低下するため、切削加工中に切り屑が詰まり折損を起こす可能性が高くなる。またドリルのねじれ角が３５°よりも大きい場合、先端部切れ刃６の剛性低下が著しく、刃先の鋭利さを維持する事が困難となる。
【００３３】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、ドリルの基材が超硬合金であり、硬質皮膜を被覆した先端部切れ刃６により形成されている事が望ましい。例えば、前記硬質皮膜は、ダイヤモンド、ＤＬＣ、または金属元素としてアルミニウム、チタン、クロム、シリコンから選択される１種または２種以上の元素から成る窒化物、炭化物、炭窒化物、炭酸窒化物などが推奨される。具体的にいえば、ダイヤモンド、ＤＬＣ、ＣｒＳｉＮ系、ＴｉＳｉＮ系、ＡｌＣｒＳｉＮ系、ＴｉＡｌＮ系などの皮膜である。
【００３４】
本発明のマシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、少なくともドリルの先端部切れ刃６の基材が立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）、または多結晶ダイヤモンドのいずれかにより形成されていることが望ましい。これによりドリルの切削抵抗および先端部切れ刃６の摩耗を抑制し、長時間にわたる高精度な穴あけ加工が可能となる。
以下、本発明を下記の実施例により詳細に説明するが、それらにより本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００３５】
以下の表中にある各実施例では、本発明例、従来例、比較例を区分として示し、試料番号は本発明、従来例、比較例ごとに、連続の通し番号で記載した。
（実施例１）
実施例１は、代表的な従来例である先端部に外周側切れ刃を有さない刃形状に対して、本発明の形状を有する外周側切れ刃を有する刃形状との切削結果を比較したものである。本発明例１及び従来例１ともに、直径０．１２ｍｍ、首下長さ１．８ｍｍ、心厚３５％、溝長０．６ｍｍ、シャンク径３ｍｍに設けた状態に仕様を統一した。前記仕様以外は、マージン１３を有した二枚刃のドリルで、外周側切れ刃を有する本発明例１については中心側切れ刃の先端角を１４０°、外周側切れ刃の先端角を８０°、投影長さを直径Ｄの１５％（０．０１８ｍｍ）、ねじれ角を３０°とし、外周側切れ刃を有さない従来例１については先端部切れ刃の先端角を１４０°に設けた工具をそれぞれ作製し、切削試験を行った。また、本発明例１及び従来例１はドリルの基材を超硬合金とし、表面処理としてドリルの先端部切れ刃にＤＬＣコーティングを施したものである。
【００３６】
被削材（ワークとも言う。）はＺｒＯ２−ＺｒＳｉＯ４−ＳｉＮ系のマシナブルセラミックス（幅３０ｍｍ、奥行き３０ｍｍ、厚さ１．７ｍｍ）を用いた。
ガイド穴あけ用として、ボールエンドミルにより下穴を開け、その後前述したドリルにて穴深さ１．８ｍｍまでステップ加工により深穴を穴あけ加工する方法で行った。ガイド穴形成時の切削条件は、切削速度６．２ｍ／ｍｉｎ、１回転送り０．００５ｍｍ／ｒｅｖ、ステップ量０．０１１ｍｍ／回、加工穴深さ０．０６６ｍｍとし、冷却方法はエアブローを用いて行った。ドリルの切削条件は、切削速度６．２ｍ／ｍｉｎ、１回転送り０．００５ｍｍ／ｒｅｖ、ステップ量０．０６ｍｍ／回、加工穴深さ１．８ｍｍとし、冷却方法はエアブローを用いて行った。穴あけ加工数は、穴間隔０．２７ｍｍにて１列５０穴の４列とし、２００穴行った。
【００３７】
評価方法として、ドリルの摩耗の測定は、走査型電子顕微鏡を用い、２５００倍で測定した。測定箇所は、外周側切れ刃を有さないドリルの場合、図１０に示すように、先端部切れ刃の逃げ面４４における摩耗の最大幅を最大摩耗幅２５とし、また図１１に示すように、マージン１３において工具軸方向で測定した時の摩耗の最大幅を最大マージン摩耗幅２６とした。
外周側切れ刃を有するドリルの場合、図１２に示すように、中心側切れ刃逃げ面及び外周側切れ刃逃げ面における摩耗の最大幅を中心側最大摩耗幅２７、外周側最大摩耗幅２８とし、また図１３に示すように、マージン１３において工具軸方向で測定した時の摩耗の最大幅を最大マージン摩耗幅２６とした。
【００３８】
加工穴の穴径精度及び真直度の測定にはＣＮＣ画像測定機を用いた。穴径精度の測定方法としては測定対象となる加工穴３４を画像処理によって３６０ポイントに等分割し、その３６０ポイントでの近似円における穴径を測定する事により穴径精度を測定した。穴径精度の測定結果は１〜２００穴目までの測定した穴径の最大穴径と最小穴径の差とした。
【００３９】
真直度の測定方法は、図１４および図１５を用いて説明する。図１４は実施例の被削材の穴あけを示す概略説明図である。図１５は真直度の測定方法を示す説明図である。測定方法としては、図１４より、１穴目２９における、穴径精度の測定時に求めた近似円の中心を原点３０とした。同様に５０穴目３２の近似円の中心を求め、１穴目２９の原点３０と５０穴目の穴中心３３を結んだ直線を基準軸３１とした。
そして測定対象となる加工穴中心３５の、各加工穴の理論的中心位置３８（穴間隔０．２７ｍｍごとの位置）から、基準軸３１に対して垂直方向のずれ量をＸ方向ずれ量３６として測定し、前記加工穴中心３５が理論的中心位置３８に対して右側と左側のＸ方向ずれ量３６の右側のＸ方向ずれ量最大値と左側のＸ方向ずれ量最大値との幅をＸ方向ずれ量最大幅３９とした。また、理論的中心位置３８（穴間隔０．２７ｍｍごとの位置）から、各加工穴中心の基準軸３１方向のずれ量をＹ方向ずれ量３７として測定し、加工穴中心３５が理論的中心位置３８に対して上側と下側のＹ方向ずれ量３７の上側のＹ方向ずれ量最大値と下側のＹ方向ずれ量最大値との幅をＹ方向ずれ量最大幅４０とした。真直度の測定結果として、１〜２００穴目までのワーク表面側及び裏面側の各ずれ量を測定した時のＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０を測定結果とした。
【００４０】
実施例１では、２００穴加工後のドリルの摩耗及び加工穴の穴径精度、真直度の評価として、ドリルの摩耗は最大マージン摩耗幅２６を測定し、最大マージン摩耗幅２６が５μｍ以下、穴径精度が５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに１０μｍ以下のものを良好とした。
各試料の仕様及びドリルの摩耗及び穴径精度、真直度の評価結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】
表１より、本発明例１は最大マージン摩耗幅２６が５μｍ以下の３．５μｍ、穴径精度が５μｍ以下の４．８μｍで、真直度はＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに１０μｍ以下となり良好であった。一方、外周側切れ刃９を有さない従来例１では、最大マージン摩耗幅２６が５μｍを越えて９．１μｍ、穴径精度が９．４μｍと５μｍを大きく超えており、真直度もＸ方向ずれ量最大幅３９は１２μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は１５μｍと、どちらも良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。
上記結果から、マシナブルセラミックス加工用小径ドリルには外周側切れ刃９を有している事が好ましく、外周側切れ刃９を有さない場合には穴径精度の測定結果、Ｘ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が大きくなる事が分かる。これは外周側切れ刃９を有さないドリルでは先端部切れ刃６とリーディングエッジ１２とが成す角度が、外周側切れ刃９を有しているドリルにおける外周側切れ刃９とリーディングエッジ１２とが成す角度に比べ小さくなり、外周コーナ部の摩耗が進行しやすくなるためである。
【００４３】
（実施例２）
本発明例２〜１６及び比較例１〜６として、中心側切れ刃の先端角をそれぞれ変化させた以外は、マージン１３を有した二枚刃のドリルで、外周側切れ刃の先端角を８０°で一定とし、外周側切れ刃の投影長さを直径Ｄの１５％（０．０１８ｍｍ）、ねじれ角３０°として実施例１と同仕様の工具を作製し、切削試験を行った。中心側切れ刃の先端角は、本発明例２〜６、本発明例７〜１１及び本発明例１２〜１６においてはそれぞれ１４０°、１３５°、１３０°、１２５°、１２０°とし、比較例１、２、比較例３、４及び比較例５、６においてはそれぞれ１５０°、１１０°とした。切削条件及び被削材は実施例１と同様で行った。また、本発明例２〜６及び比較例１、２はドリルの基材を超硬合金とし、表面処理としてドリルの先端部切れ刃にＤＬＣコーティングを施したものとし、本発明例７〜１１及び比較例３、４はドリルの基材を超硬合金とし、表面処理として基材の表面から最下層がＴｉＡｌＮで最上層がＴｉＳｉＮの硬質皮膜を、ドリルの先端部切れ刃に施したものとした。本発明例１２〜１６及び比較例５、６はドリルの基材を超硬合金とし、表面処理として基材の表面から最下層がＴｉＡｌＮで最上層がＡｌＣｒＳｉＮの硬質皮膜を、ドリルの先端部切れ刃に施したものとした。表中の表記には最上層の成分で示した。
実施例２では、２００穴加工後のドリルの摩耗及び加工穴の穴径精度、真直度の評価として、ドリルの摩耗は中心側最大摩耗幅２７を測定し、中心側最大摩耗幅２７が１０μｍ以下、穴径精度が５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに１０μｍ以下のものを良好とした。各試料の仕様及びドリルの摩耗及び穴径精度、真直度の評価結果を表２に示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】
表２より、本発明例２〜１６は中心側最大摩耗幅２７が１０μｍ以下、穴径精度の測定結果が５μｍ以下、Ｘ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が１０μｍ以下で、良好であった。さらにＤＬＣコーティングを施したものでは本発明例３〜５が中心側最大摩耗幅２７は８μｍ以下、穴径精度の測定結果が３．５μｍ以下、Ｘ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が９μｍ以下で、特に良好であった。基材の表面から最下層がＴｉＡｌＮで最上層がＴｉＳｉＮの硬質皮膜を施したものでは、本発明例８〜１０が中心側最大摩耗幅２７が８μｍ以下、穴径精度の測定結果が４．５μｍ以下、Ｘ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が９μｍ以下で、特に良好であった。基材の表面から最下層がＴｉＡｌＮで最上層がＡｌＣｒＳｉＮの硬質皮膜を施したものでは、本発明例１３〜１５が中心側最大摩耗幅２７が８μｍ以下、穴径精度の測定結果が５μｍ以下、Ｘ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が９μｍ以下で、特に良好であった。
【００４６】
一方、比較例１は、２００穴切削時点で中心側最大摩耗幅２７が８．５μｍと１０μｍ以下ではあったが、穴径精度が５．３μｍと５μｍを大きく超え、真直度もＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が１１μｍであった。比較例２は２００穴切削時点で中心側最大摩耗幅２７が６．３μｍと１０μｍ以下ではあったが、穴径精度が５．１μｍと５μｍを超え、真直度もＸ方向ずれ量最大幅３９は１１μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は１２μｍと良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。同様に比較例３は、２００穴切削時点で中心側最大摩耗幅２７が８．７μｍと１０μｍ以下ではあったが、穴径精度が５．４μｍと５μｍを大きく超え、真直度もＸ方向ずれ量最大幅３９が１２μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０が１３μｍであった。比較例４は２００穴切削時点で中心側最大摩耗幅２７が６．５μｍと１０μｍ以下ではあったが、穴径精度が５．３μｍと５μｍを大きく超え、真直度もＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０は１２μｍとなり、良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。比較例５は、２００穴切削時点で中心側最大摩耗幅２７が８．７μｍと１０μｍ以下ではあったが、穴径精度が５．５μｍと５μｍを大きく超え、真直度もＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が１３μｍであった。比較例６は２００穴切削時点で中心側最大摩耗幅２７が６．８μｍと１０μｍ以下ではあったが、穴径精度が５．４μｍと５μｍを大きく超え、真直度もＸ方向ずれ量最大幅３９は１２μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は１３μｍと良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。
【００４７】
上記結果から、中心側切れ刃の先端角は１２０°〜１４０°の範囲にある事が好ましく、中心側切れ刃の先端角が上記範囲から外れている場合には、穴径精度が悪くなり、真直度のＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が大きくなる事が分かる。これは被削材への食い付きが不安定になり加工穴の真直度が悪くなった事を示す。
【００４８】
（実施例３）
本発明例１７〜２４及び比較例７〜１０として、外周側切れ刃の先端角をそれぞれ変化させた以外は、マージン１３を有した二枚刃のドリルで、中心側切れ刃の先端角を１３０°、外周側切れ刃の投影長さを直径Ｄの１５％（０．０１８ｍｍ）、ねじれ角３０°として一定とし、実施例１と同仕様の工具を作製し、切削試験を行った。外周側切れ刃の先端角は、本発明例１７〜２０及び本発明例２１〜２４において７０°、８０°、９０°、１００°とし、比較例５、６及び比較例７、８においてはそれぞれ６０°、１１０°とした。切削条件及び被削材は実施例１と同様で行った。また、本発明例１７〜２０及び比較例７、８はドリルの基材を超硬合金とし、表面処理としてドリルの先端部切れ刃にＤＬＣコーティングを施したものとし、本発明例２１〜２４及び比較例９、１０はドリルの先端部切れ刃の基材をＣＢＮとし、表面処理は無処理のものとした。
実施例３では、２００穴加工後のドリルの摩耗及び加工穴の穴径精度、真直度の評価として、ドリルの摩耗は最大マージン摩耗幅２６を測定し、最大マージン摩耗幅２６が５μｍ以下、穴径精度が５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに１０μｍ以下のものを良好とした。各試料の仕様及びドリルの摩耗及び穴径精度、真直度の評価結果を表３に示す。
【００４９】
【表３】
【００５０】
表３より、本発明例１７〜２４は最大マージン摩耗幅２６が５μｍ以下、穴径精度が５μｍ以下、真直度はＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに１０μｍ以下となり良好であった。さらにドリルの基材を超硬合金とし、ＤＬＣコーティングを施したものでは本発明例１８及び本発明例１９が最大マージン摩耗幅２６は４μｍ以下、穴径精度が３．５μｍ以下、真直度はＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに８μｍ以下となり、特に良好であった。ドリルの先端部切れ刃の基材をＣＢＮとし、表面処理が無処理のものでは本発明例２２及び本発明例２３が最大マージン摩耗幅２６は３．５μｍ以下、穴径精度が３．５μｍ以下、真直度はＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに９μｍ以下となり、特に良好であった。
【００５１】
一方、外周側切れ刃の先端角が６０°の比較例７は最大マージン摩耗幅２６が５．５μｍ、穴径精度が５．２μｍ、真直度はＸ方向ずれ量最大幅３９は１３μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は１２μｍで、ともに良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。また外周側切れ刃の先端角が１１０°の比較例８は最大マージン摩耗幅２６が５．３μｍと５μｍを越え、穴径精度が５．１μｍ、真直度はＸ方向ずれ量最大幅３９が１２μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は１１μｍで、ともに良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。同様に比較例９は、最大マージン摩耗幅２６が５．２μｍ、穴径精度が５．１μｍ、真直度はＸ方向ずれ量最大幅３９は１１μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は１２μｍで、ともに良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。また比較例１０は最大マージン摩耗幅２６が５．１μｍと５μｍを越え、穴径精度が５．０μｍ、真直度はＸ方向ずれ量最大幅３９が１０μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は１１μｍで、Ｙ方向ずれ量最大幅４０のみだが、良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。
【００５２】
上記結果から、外周側切れ刃の先端角は７０°〜１００°の範囲にある事が好ましく、外周側切れ刃の先端角が上記範囲から外れている場合には、穴径精度の測定結果と、真直度のＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が大きくなる事が分かる。これは外周側切れ刃の先端角が小さいと中心側切れ刃８と外周側切れ刃９の成す角部の剛性が低くなり、また外周側切れ刃の先端角が大きいと外周コーナ部の剛性が低くなる。このことにより角部及び外周コーナ部の摩耗が進行しやすくなりガイド性の低下によりドリルが不安定となり加工穴の真直度が悪くなったことを示す。
【００５３】
（実施例４）
本発明例２５〜３６及び比較例１１〜１４として、外周側切れ刃の投影長さをそれぞれ変化させた以外は、マージン１３を有した二枚刃のドリルで、中心側切れ刃の先端角を１３０°、外周側切れ刃の先端角を８０°、ねじれ角３０°として一定とし、実施例１と同仕様の工具を作製し、切削試験を行った。外周側切れ刃の投影長さは、本発明例２５〜３０及び本発明例３１〜３６において直径Ｄの５％（０．００６ｍｍ）、直径Ｄの１０％（０．０１２ｍｍ）、直径Ｄの１５％（０．０１８ｍｍ）、直径Ｄの２０％（０．０２４ｍｍ）、直径Ｄの２５％（０．０３０ｍｍ）、直径Ｄの３０％（０．０３６ｍｍ）とし、比較例１１，１２及び比較例１３、１４においてはそれぞれ直径Ｄの２％（０．００２４ｍｍ）、直径Ｄの３５％（０．０４２ｍｍ）とした。切削条件及び被削材は実施例１と同様で行った。また、本発明例２５〜３０及び比較例１１、１２はドリルの基材を超硬合金とし、表面処理としてドリルの先端部切れ刃にＤＬＣコーティングを施したものとし、本発明例３１〜３６及び比較例１３、１４はドリルの基材を超硬合金とし、表面処理を無処理のものとした。
実施例４では、２００穴加工後のドリルの摩耗及び加工穴の穴径精度、真直度の評価として、ドリルの摩耗は外周側最大摩耗幅２８を測定し、外周側最大摩耗幅２８が１５μｍ以下、穴径精度が５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに１０μｍ以下のものを良好とした。各試料の仕様及びドリルの摩耗及び穴径精度、真直度の評価結果を表４に示す。
【００５４】
【表４】
【００５５】
表４より、本発明例２５〜３６は外周側最大摩耗幅２８が１５μｍ以下、穴径精度が５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０がともに１０μｍ以下であった。さらにＤＬＣコーティングを施したものでは本発明例２７及び２８が、外周側最大摩耗幅２８は１２μｍ以下、穴径精度が３．５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０がともに８μｍ以下と特に良好であった。無処理のものでは本発明例３３及び３４が、外周側最大摩耗幅２８は１３μｍ以下、穴径精度が４μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０がともに９μｍ以下と特に良好であった。
【００５６】
一方、外周側切れ刃の投影長さが直径Ｄの２％（０．００２４ｍｍ）の比較例１１は外周側最大摩耗幅２８が１７．２μｍと１５μｍを大きく超え、穴径精度が８．２μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９は１４μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は１３μｍとどちらも良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。また、外周側切れ刃の投影長さ１６が直径Ｄの３５％（０．０４２ｍｍ）の比較例１２は外周側最大摩耗幅２８が１６．４μｍと１５μｍを超え、穴径精度が５．３μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０は１１μｍとどちらも良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。同様に比較例１３は外周側最大摩耗幅２８が１７．９μｍと１５μｍを大きく超え、穴径精度が８．６μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９は１４μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は１５μｍとどちらも良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。また、比較例１４は外周側最大摩耗幅２８が１７．１μｍと１５μｍを超え、穴径精度が６．１μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９は１２μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は１３μｍとどちらも良好となる真直度の範囲である１０μｍを超えていた。
【００５７】
上記結果から、外周側切れ刃の投影長さは直径Ｄの５％〜３０％の範囲にある事が好ましく、外周側切れ刃の投影長さが上記範囲から外れている場合には穴径精度の測定結果と、真直度のＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が大きくなる事が分かる。これは外周側切れ刃の投影長さが短いと、の外周コーナ部の摩耗抑制効果が低下し、外周コーナ部の摩耗が進行したことを示す。また外周側切れ刃の投影長さが長いと、先端部の食い付き性が低下して穴あけ加工精度が悪くなり、先端部の剛性が低くなり摩耗が早く進行したことを示す。
【００５８】
（実施例５）
本発明例３７〜３９として、二枚刃のドリルで、中心側切れ刃の先端角を１３０°、ねじれ角３０°、外周側切れ刃の先端角を８０°、外周側切れ刃の投影長さを直径Ｄの１５％（０．０１８ｍｍ）に設け、本発明例３７はマージン１３のみとし、マージン部の円周長さ（マージン幅）をドリルの直径の２０％とし、本発明例３８及び３９は、先行マージン部２２と後方マージン部２４を有し、先行マージン部と後方マージン部の間は円筒部が削除されている形状とした。また、本発明例３７〜３９の各マージン部の円周長さをドリルの直径の２０％とした以外は、実施例１と同仕様の工具を作製し、切削試験を行った。切削条件及び被削材は実施例１と同様で行った。また、本発明例３７、３８はドリルの基材を超硬合金とし、表面処理としてドリルの先端部切れ刃にＤＬＣコーティングを施したものとした。本発明例３９はドリルの先端部切れ刃の基材をＣＢＮとし、表面処理は無処理のものとした。
実施例５では、２００穴加工後のドリルの摩耗及び加工穴の穴径精度、真直度の評価として、ドリルの摩耗は外周側最大摩耗幅２８が１５μｍ以下、穴径精度が５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに１０μｍ以下のものを良好とした。各試料の仕様及びドリルの摩耗及び穴径精度、真直度の評価結果を表５に示す。
【００５９】
【表５】
【００６０】
表５より、本発明例３７〜３９は外周側最大摩耗幅２８が１５μｍ以下、穴径精度が５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０がともに１０μｍ以下の範囲にあり、良好であった。本発明例３７は外周側最大摩耗幅２８が１１．６μｍ、穴径精度が３．２μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９は８μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は７μｍであった。本発明例３８は外周側最大摩耗幅２８が１０．８μｍ、穴径精度が２．９μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９は６μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は７μｍとなり、先行マージン部と後方マージン部を設けたドリルではガイド性が高められ食い付きが安定したことにより、さらに良好な穴径精度を示した。またドリルの先端部切れ刃の基材をＣＢＮとし、表面処理が無処理の本発明例３９は外周側最大摩耗幅２８が９．７μｍ、穴径精度が２．７μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９は６μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は６μｍとなり、基材が超硬合金でＤＬＣコーティングを施した本発明例３８と同様に良好な結果を示した。
上記結果から、先行マージン部と後方マージン部を設ける事によって、外周コーナ部のガイド性を高める事ができ、穴あけ加工精度を更に向上した事を示す。
【００６１】
（実施例６）
本発明例４０〜５１として、二枚刃のドリルで、先行マージン部と後方マージン部の円周長さ（マージン幅）をそれぞれ変化させた以外は、先行マージン部２２と後方マージン部２４を有し、中心側切れ刃の先端角を１３０°、外周側切れ刃の先端角を８０°、外周側切れ刃の投影長さを直径Ｄの１５％（０．０１８ｍｍ）、ねじれ角３０°として実施例１と同仕様の工具を作製し、切削試験を行った。先行マージン部と後方マージン部の円周長さ（マージン幅）は共に同一とし、本発明例４０〜４５及び本発明例４６〜５１において、ドリルの直径の１２％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％とした。切削条件及び被削材は実施例１と同様で行った。また、本発明例４０〜４５はドリルの基材を超硬合金とし、表面処理としてドリルの先端部切れ刃にＤＬＣコーティングを施したものとし、本発明例４６〜５１はドリルの先端部切れ刃の基材を多結晶ダイヤモンドとし、表面処理は無処理のものとした。
実施例６では２００穴加工後の加工穴の穴径精度、真直度の評価として、穴径精度が５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに１０μｍ以下を良好とした。各試料の仕様及び穴径精度、真直度の評価結果を表６に示す。
【００６２】
【表６】
【００６３】
表６より、ドリルの基材を超硬合金とし、ＤＬＣコーティングを施したものでは、本発明例４１〜４４が穴径精度は３μｍ以下で、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０がともに８μｍ以下の範囲にあり、良好であった。さらに本発明例４２、４３は穴径精度が３μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０は７μｍ以下と特に良好であった。本発明例４０は穴径精度が３．３μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０は８μｍであった。本発明例４５は穴径精度が３．０μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９は８μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は９μｍであった。ドリルの先端部切れ刃の基材を多結晶ダイヤモンドとし、表面処理が無処理のものでは、本発明例４７〜５０が穴径精度は２μｍ以下で、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０がともに７μｍ以下の範囲にあり、良好であった。さらに本発明例４８、４９は穴径精度が１．５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０は７μｍ以下と特に良好であった。本発明例４６は穴径精度が１．７μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９は７μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０は８μｍであった。本発明例５１は穴径精度が１．７μｍ、真直度はＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０が８μｍであった。
上記結果から、マージン幅を１５％〜３０％の範囲では安定した加工精度が得られる事を示す。
【００６４】
（実施例７）
本発明例５２〜５６として、ねじれ角をそれぞれ変化させた以外は、先行マージン部２２と後方マージン部２４を有した二枚刃のドリルで、中心側切れ刃の先端角を１３０°、外周側切れ刃の先端角を８０°、外周側切れ刃の投影長さを直径Ｄの１５％（０．０１８ｍｍ）、先行マージン部と後方マージン部の円周長さ（マージン幅）を共にドリルの直径の２０％として実施例１と同仕様の工具を作製し、切削試験を行った。ねじれ角は本発明例５２〜５６において２０°、２５°、３０°、３５°、４０°とした。切削条件及び被削材は実施例１と同様で行った。また、本発明例５２〜５６はドリルの基材を超硬合金とし、表面処理としてドリルの先端部切れ刃にＤＬＣコーティングを施したものとした。
実施例７では、２００穴加工後のドリルの摩耗及び加工穴の穴径精度、真直度の評価として、ドリルの摩耗は中心側最大摩耗幅２７を測定し、中心側最大摩耗幅２７が１０μｍ以下、穴径精度が５μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０ともに１０μｍ以下とした。各試料の仕様及びドリルの摩耗及び穴径精度、真直度の評価結果を表７に示す。
【００６５】
【表７】
【００６６】
表７より、本発明例５３〜５５は穴径精度が３．５μｍ以下で、中心側最大摩耗幅２７が８μｍ以下、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９及びＹ方向ずれ量最大幅４０がともに７μｍ以下の範囲にあり、良好であった。本発明例５２では穴径精度が３．７μｍで、中心側最大摩耗幅２７が６．４μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９が８μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０が７μｍであった。これはねじれ角が小さく、先端部切れ刃の切れ味と切り屑排出性が低下する事により、切削抵抗の増大を招き、食い付き性が不安定になり加工穴の真直度が悪くなった事を示す。また、本発明例５６では穴径精度が３．６μｍで、中心側最大摩耗幅２７が８．３μｍ、真直度がＸ方向ずれ量最大幅３９が７μｍ、Ｙ方向ずれ量最大幅４０が８μｍであった。これはねじれ角が大きい場合は、中心側切れ刃の剛性が低下し、刃先の鋭利さを維持する事が困難となるため、中心側切れ刃の摩耗の進行が早い事が原因となり、加工穴の真直度が悪くなったと考えられる。
上記結果から、ねじれ角が２５°〜３５°の範囲では安定した加工精度が得られる事を示す。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明マシナブルセラミックス加工用小径ドリルは、小径ドリルの先端部切れ刃が、中心側切れ刃と外周側切れ刃から構成されており、ドリルの先端部切れ刃を形状と材質で最適化して、摩耗の進行を抑制する事で先端部切れ刃の鋭利さを保ちつつ、ワークの穴精度を高精度に維持する事ができ、折損事故も防止できることが可能である。具体的な適用分野は、碍子、保護管、基板、化学装置用ノズルや特に半導体装置の検査工程用プローブカードなどに使用されているマシナブルセラミックスの穴あけ加工に適している。
【符号の説明】
【００６８】
１ ドリル部
２ 首部
３ 首下長さ
４ シャンク部
５ 先端部
６ 先端部切れ刃
７ 溝
８ 中心側切れ刃
９ 外周側切れ刃
１０ 外周コーナ部
１１ 角部
１２ リーディングエッジ
１３ マージン
１４ 中心側切れ刃の先端角
１５ 外周側切れ刃の先端角
１６ 投影長さ
１７ 逃げ面摩耗
１８ マージン摩耗
１９ チゼルエッジ
２０ チゼルエッジ長さ
２１ 投影した切れ刃の長さ
２２ 先行マージン部
２３ 円筒削除部
２４ 後方マージン部
２５ 最大摩耗幅
２６ 最大マージン摩耗幅
２７ 中心側最大摩耗幅
２８ 外周側最大摩耗幅
２９ １穴目
３０ 原点
３１ 基準軸
３２ ５０穴目
３３ ５０穴目の穴中心
３４ 測定対象となる加工穴
３５ 測定対象となる加工穴中心
３６ Ｘ方向ずれ量
３７ Ｙ方向ずれ量
３８ 理論的中心位置
３９ Ｘ方向ずれ量最大幅
４０ Ｙ方向ずれ量最大幅
４１ マシナブルセラミックス
４２ セラミックスの結晶粒
４３ セラミックスの結晶粒界
４４ 先端部切れ刃の逃げ面
４５ 先端部切れ刃のすくい面
４６ 鋭利さが失われた先端部切れ刃
４７ マシナブルセラミックスの切り屑
Ｄ 直径
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マシナブルセラミックスに直径２ｍｍ以下の小径の穴あけ加工を行う小径ドリルであり、前記小径ドリルの先端部切れ刃は、中心側切れ刃と外周側切れ刃から構成されており、前記小径ドリルの軸心に対して垂直方向から見た回転軌跡での先端角の角度は、前記中心側切れ刃の先端角が１２０°〜１４０°、前記外周側切れ刃の先端角が７０°〜１００°であり、外周側切れ刃のドリル径方向への投影長さが前記小径ドリルの直径の５％〜３０％の範囲であることを特徴とするマシナブルセラミックス加工用小径ドリル。
【請求項２】
マシナブルセラミックスに直径２ｍｍ以下の小径の穴あけ加工を行う小径ドリルであり、前記小径ドリルの先端部切れ刃は、中心側切れ刃と外周側切れ刃から構成されており、前記小径ドリルの軸心に対して垂直方向から見た回転軌跡での先端角の角度は、前記中心側切れ刃の先端角が１２０°〜１４０°、前記外周側切れ刃の先端角が７０°〜１００°であり、外周側切れ刃のドリル径方向への投影長さが前記小径ドリルの直径の５％〜３０％の範囲であり、前記小径ドリルのねじれ角が２５°〜３５°、前記小径ドリルのリーディングエッジに接続された先行マージン部と、ヒールに接続された後方マージン部を有し、先端部切れ刃以外の工具軸直角断面で見たときに、該マージン部の円周長さは、前記小径ドリルの直径の１５％〜３０％の範囲であり、前記先行マージン部と前記後方マージン部の間は円筒部が削除されている形状であることを特徴とするマシナブルセラミックス加工用小径ドリル。
【請求項３】
ドリルの基材が超硬合金であり、硬質皮膜を被覆した先端部切れ刃により形成されている事を特徴とする請求項１または請求項２に記載のマシナブルセラミックス加工用小径ドリル。
【請求項４】
少なくともドリルの先端部切れ刃の基材が立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）、または多結晶ダイヤモンドのいずれかにより形成されている事を特徴とする請求項１または請求項２に記載のマシナブルセラミックス加工用小径ドリル。
【請求項１】
マシナブルセラミックスに直径２ｍｍ以下の小径の穴あけ加工を行う小径ドリルであり、前記小径ドリルの先端部切れ刃は、中心側切れ刃と外周側切れ刃から構成されており、前記小径ドリルの軸心に対して垂直方向から見た回転軌跡での先端角の角度は、前記中心側切れ刃の先端角が１２０°〜１４０°、前記外周側切れ刃の先端角が７０°〜１００°であり、外周側切れ刃のドリル径方向への投影長さが前記小径ドリルの直径の５％〜３０％の範囲であることを特徴とするマシナブルセラミックス加工用小径ドリル。
【請求項２】
マシナブルセラミックスに直径２ｍｍ以下の小径の穴あけ加工を行う小径ドリルであり、前記小径ドリルの先端部切れ刃は、中心側切れ刃と外周側切れ刃から構成されており、前記小径ドリルの軸心に対して垂直方向から見た回転軌跡での先端角の角度は、前記中心側切れ刃の先端角が１２０°〜１４０°、前記外周側切れ刃の先端角が７０°〜１００°であり、外周側切れ刃のドリル径方向への投影長さが前記小径ドリルの直径の５％〜３０％の範囲であり、前記小径ドリルのねじれ角が２５°〜３５°、前記小径ドリルのリーディングエッジに接続された先行マージン部と、ヒールに接続された後方マージン部を有し、先端部切れ刃以外の工具軸直角断面で見たときに、該マージン部の円周長さは、前記小径ドリルの直径の１５％〜３０％の範囲であり、前記先行マージン部と前記後方マージン部の間は円筒部が削除されている形状であることを特徴とするマシナブルセラミックス加工用小径ドリル。
【請求項３】
ドリルの基材が超硬合金であり、硬質皮膜を被覆した先端部切れ刃により形成されている事を特徴とする請求項１または請求項２に記載のマシナブルセラミックス加工用小径ドリル。
【請求項４】
少なくともドリルの先端部切れ刃の基材が立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）、または多結晶ダイヤモンドのいずれかにより形成されている事を特徴とする請求項１または請求項２に記載のマシナブルセラミックス加工用小径ドリル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−２７４４０９（Ｐ２０１０−２７４４０９Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４５８０４（Ｐ２００９−１４５８０４）
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【出願人】（０００２３３０６６）日立ツール株式会社 (299)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【出願人】（０００２３３０６６）日立ツール株式会社 (299)
【Ｆターム（参考）】
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