KR20110107746A

KR20110107746A - 구멍뚫기 공구

Info

Publication number: KR20110107746A
Application number: KR1020110022916A
Authority: KR
Inventors: 히데오 츠자카; 마사히데 와타나베; 기요아키 오우치
Original assignee: 유니온쓰루 가부시키가이샤
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2011-10-04
Also published as: CN102198533B; JP2011200963A; CN102198533A; TWI424895B; KR101331752B1; JP5066212B2; TW201134580A

Abstract

(과제) 환경성 및 비용성이 우수한 매우 실용적인 구멍뚫기 공구의 제공.
(해결수단) 공구 본체의 외주에 공구 선단으로부터 기단측을 향하는 나선 형상의 절삭 부스러기 배출홈이 1 개 혹은 복수 형성된 날부 (2) 를 갖는 몸체부 (1) 와, 기단측에 상기 날부 (2) 보다 직경이 큰 섕크 본체 (15) 를 갖는 섕크부 (3) 로 이루어지고, 상기 날부 (2) 는 탄화텅스텐 및 코발트를 주성분으로 하는 초경 합금 부재, 한편 상기 섕크부 (3) 는 스테인레스강 부재로 형성되어 있고, 또한, 이 초경 합금 부재 및 스테인레스강 부재는 용접 접합되고, 상기 날부 (2) 와 상기 섕크 본체 (15) 와의 사이에는, 그 도중부의 외경이 상기 날부 (2) 보다 크고 또한 상기 섕크 본체 (15) 보다 작은 스텝부 (4) 가 형성된 구멍뚫기 공구로서, 상기 스텝부 (4) 의 외경은 기단측일수록 단계적 혹은 연속적으로 직경이 커지도록 설정한다.

Description

구멍뚫기 공구{DRILLING TOOL}

본 발명은, 구멍뚫기 공구에 관한 것이다.

최근 전자기기의 현저한 진화에 수반하여, 프린트 배선판에 대한 고밀도 실장의 요구가 높아지고 있다. 그 때문에, 예를 들어 특허문헌 1 에 개시되는 바와 같은 프린트 배선판 (PCB) 가공용 구멍뚫기 공구도 해마다 소경화 (小經化) 가 진행되고 있으며, 현재에는 날부의 직경이 0.4 ㎜ 미만인 소경 구멍뚫기 공구의 양산화가 진행되고 있다.

그런데, 이러한 구멍뚫기 공구에 있어서 충분한 주속 (周速) 에 의한 가공이 행해지지 않는 경우에는, 공구 절손 등의 문제가 생기는 것이 알려져 있다. 특히, 극소경 구멍뚫기 공구의 경우에는 보다 고회전으로 회전시킴으로써 충분한 주속을 얻을 필요가 있는데, 당해 구멍뚫기 공구를 고회전으로 회전시키면, 그 원심력으로 공구가 휘어 흔들리는 이른바 동적 흔들림이 발생한다.

또한, 초경 합금제 날부를 갖는 몸체부와 스테인레스강제 등의 섕크부를 용접 접합 (예를 들어 납접) 하여 이루어지는 복합재 접합 타입은, 섕크부의 소재의 종탄성 계수가 초경 합금보다 작기 때문에, 1 개의 초경 합금재에 날부 (몸체부) 와 섕크부가 일체로 형성되는 솔리드 타입에 비하여, 동적 흔들림이 커지는 경향이 있다.

즉, 도 1(1) 에 나타내는 바와 같이, 일반적으로 복합재 접합 타입에 있어서 스테인레스강 등의 강재를 섕크부에 사용한 경우, 종탄성 계수가 초경 합금재보다도 작은 것이 원인이 되어 공구의 동적 흔들림이 커지는 경향이 확인되어 있다. 동적 흔들림이 큰 경우, 구멍뚫기 공구 선단의 진동 흔들림이 위치 결정 정밀도를 악화시켜, 결과적으로 구멍위치 정밀도를 저하시킨다.

도 1(1) 의 (a), (b) 는 구멍위치 정밀도를 나타내는 도면을 예시한 것으로서, 설정된 구멍뚫기 위치에 대한 실제로 가공된 구멍의 위치의 어긋남량을 그래프 상에 플롯한 것으로 ((a), (b) 각각, 6,000 히트분의 데이타가 플롯되어 있다), 종축 (Y 축) 과 횡축 (X 축) 의 교점 (그래프 중심) 이 어긋남량 0 ㎛ 를 나타내는 것이다. 그래프 중심으로 플롯이 모일수록 구멍위치 정밀도가 양호한 것이 되고, 일반적으로, 통상적인 회전 영역에서의 구멍뚫기 가공에서는 솔리드 타입, 복합재 접합 타입의 어느 경우에서도 (a) 에 도시한 바와 같이 비교적 그래프 중심으로 플롯이 모이게 된다. 한편, 동적 흔들림이 큰 경우에는, (b) 에 도시한 바와 같이 플롯이 중심으로 모이지 않고 극단적으로 구멍위치 정밀도가 나쁜 경우에는 대략 도넛 형상의 그래프가 된다. 또한, 도 1(1) (c) 에 도시한 바와 같이, 동적 흔들림이 클수록 공구가 절손되기까지의 수명 (히트수 (가공 구멍수)) 이 짧아지는 것이 알려져 있다.

구멍뚫기 가공시에 있어서 동적 흔들림이 있는 경우에는, 구멍뚫기 설정 위치로부터 어긋난 위치에서 공구의 날끝이 피삭재에 파고 들어가, 구멍뚫기가 진행될수록 날부가 휘어져서, 설정된 깊이까지 구멍뚫기 가공이 종료되면 공구가 피삭재로부터 빼내지기 때문에, 구멍뚫기와 빼냄이 행해질 때마다 날부 밑둥에 반복적으로 응력이 부가되게 되므로, 따라서 피로 파괴를 초래한다. 동적 흔들림이 큰 경우에는 위치 어긋남이 크기 때문에 날부의 휨이 크고, 따라서 상기한 응력이 증가됨으로써 절손 수명이 짧아진다.

따라서, 고회전 영역에서 사용되는 구멍뚫기 공구는 현 상황에서는 동적 흔들림이 작은 솔리드 타입이 주류이다.

일본 공개특허공보 2005-88088호

그러나, 솔리드 타입은 레어 메탈인 텅스텐의 사용량이 많아, 환경면, 비용면에서는 복합재 접합 타입의 사용이 바람직하다.

또한, PCB 가공용 등의 소경 구멍뚫기 공구에 있어서는, 상기 서술한 원심력에 의한 휘어짐뿐만 아니라, 가공시에 발생하는 횡방향 (공구축 직각 방향) 의 부하에 의한 휘어짐도 구멍위치 정밀도에 영향을 미치기 때문에, 가능한 한 강성 (剛性) 을 높인 형상을 채용하는 것이 일반적이다.

구체적으로는, 가공 자체는 공구축 방향으로 행해지기 때문에, 횡방향의 부하는 엔드밀 등과 비교하면 작아, 공구 선단에 횡방향으로부터의 하중을 가한 경우에 있어서도, 직경이 비교적 작은 날부의 밑둥에 응력 집중이 일어나는 점에서, 구멍위치 정밀도를 향상시키기 위해서는 일반적으로는 날부의 중심 두께를 크게 하는 등의 설계가 이루어지고 있다.

그러나, 중심 두께를 크게 한 경우, 구멍위치 정밀도는 향상되는 경향이 있지만, 홈 체적이 작아지기 때문에, 절삭 부스러기 막힘이나 가공구멍 내벽 거칠기의 악화를 불러 일으켜, 공구 절손이나 충분한 구멍품질이 얻어지지 않는다는 문제가 발생한다. 홈 체적을 유지하면서 충분한 강성을 유지하기 위해서는 공구 직경 자체를 크게 하는 수단이 있지만, 가공되는 구멍 직경도 커지기 때문에 원래의 목적인 고밀도 실장을 달성할 수 없게 된다. 고회전 가공이 요구되는 극소경 공구에 있어서, 공구직경을 변경하지 않고서 원심력에 의한 휘어짐, 가공 부하에 의한 휘어짐을 동시에 억제하기 위해서는, 날부에만 착안한 설계에서는 공구 전체의 강성과 동적 흔들림의 밸런스를 잡기가 어렵고, 종래의 복합재 접합 타입에서는, 공구 선단의 동적 흔들림을 개선하는 것이 곤란하였다.

한편, 도 2 는 종래의 PCB 가공용 드릴의 외형을 도시한 것이다. 도면 중 부호 1' 는 몸체부, 2' 는 날부, 3' 는 섕크부, 4' 는 스텝부, 5' 는 몸체 테이퍼부, 6' 는 섕크 테이퍼부, 15' 는 섕크 본체이고, 도 2(a) 는 외경이 일정한 스텝부 (4') 를 형성한 타입, 도 2(b) 는 스텝부 (4') 를 형성하지 않은 타입 (이른바 루머 타입) 이다.

도 2(a) 는 구체적으로는, 날부 (2') 의 기단부에 기단측일수록 직경이 커지는 테이퍼 형상의 몸체 테이퍼부 (5') 가 형성되고, 이 몸체 테이퍼부 (5') 의 기단에 외경이 일정한 스텝부 (4') 가 연속 형성되어 몸체부 (1') 가 구성되고, 상기 스텝부 (4') 의 기단에 섕크부 (3') 가 연속 형성되어 있다. 섕크부 (3') 에는 섕크 본체 (15') 의 선단에 선단측일수록 직경이 작아지는 테이퍼 형상의 섕크 테이퍼부 (6') 가 형성되어 있고, 이 섕크 테이퍼부 (6') 가 상기 스텝부 (4') 에 연속 형성되어 있다.

도 2(b) 는 스텝부 (4') 를 형성하지 않은 타입으로 구체적으로는, 대략 동일한 직경의 날부 (2') 의 기단에 섕크부 (3') 가 연속 형성되어 있다. 섕크부 (3') 에는 섕크 본체 (15') 의 선단에 선단측일수록 직경이 작아지는 섕크 테이퍼부 (6') 가 형성되어 있고, 이 섕크 테이퍼부 (6') 가 상기 날부 (2') 에 연속 형성되어 있다. 요컨대 도 2(b) 는 스텝부 (4') 뿐만 아니라 몸체 테이퍼부 (5') 도 존재하지 않는 형상이다.

종래의 복합재 접합 타입은 일반적으로, 접합 경계가 섕크 테이퍼부 (6') 의 영역 내에 위치하도록 설계되어 있고, 또한, 몸체 테이퍼부 (5') 의 몸체 테이퍼각 (α') 은 15°이상, 섕크 테이퍼부 (6') 의 섕크 테이퍼각 (β') 은 20°이상으로 설정되는 것이 일반적이다. 특히, 몸체 테이퍼각 (α') 과 섕크 테이퍼각 (β') 은 모두 30°∼ 90°로 설정되는 것이 일반적이다. 이들 각도는 후술하는 본 발명에 관한 기술적 사상에 기초하는 설정치가 아니라, 예를 들어 당해 구멍뚫기 공구가 장착되는 구멍뚫기 가공기의 스핀들척 (콜릿척) 직경에 적용할 수 있도록 구멍뚫기 공구의 섕크경을 설정하고, 그 섕크경으로부터, 구멍뚫기 가공기측의 그 밖의 사양이나 규격에 따라서, 섕크경보다 소경인 날부의 직경까지 축경시켜 연속 형성시키기 위해서만 설정된 각도에 불과하다.

본 발명은 전술한 바와 같은 현 상황을 감안하여, 날부와 섕크부 사이의 스텝부에 착안해서, 스텝부의 형상 등을 고안함으로써 복합재 접합 타입이라도 고회전시의 동적 흔들림을 가급적 억제하는 것이 가능해지는 것을 알아내어 완성한 것으로, 환경성 및 비용성이 우수한 매우 실용적인 구멍뚫기 공구를 제공하는 것이다.

첨부 도면을 참조하여 본 발명의 요지를 설명한다.

공구 본체의 외주에 공구 선단으로부터 기단측을 향하는 나선 형상의 절삭 부스러기 배출홈이 1 개 혹은 복수 형성된 날부 (2) 를 갖는 몸체부 (1) 와, 기단측에 상기 날부 (2) 보다 직경이 큰 섕크 본체 (15) 를 갖는 섕크부 (3) 로 이루어지고, 상기 날부 (2) 는 탄화텅스텐 및 코발트를 주성분으로 하는 초경 합금 부재, 한편 상기 섕크부 (3) 는 스테인레스강 부재로 형성되어 있고, 또한, 이 초경 합금 부재 및 스테인레스강 부재는 용접 접합되고, 상기 날부 (2) 와 상기 섕크 본체 (15) 와의 사이에는, 그 도중부의 외경이 상기 날부 (2) 보다 크고 또한 상기 섕크 본체 (15) 보다 작은 스텝부 (4) 가 형성된 구멍뚫기 공구로서, 상기 스텝부 (4) 의 외경은 기단측일수록 단계적 혹은 연속적으로 직경이 커지도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구에 관한 것이다.

또한, 제 1 항에 기재된 구멍뚫기 공구에 있어서, 상기 스텝부 (4) 는 상기 몸체부 (1) 에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구에 관한 것이다.

또한, 제 2 항에 기재된 구멍뚫기 공구에 있어서, 상기 스텝부 (4) 에는 그 스텝부 (4) 선단측의 소경부와 그 스텝부 기단측의 대경부를 연속 형성하는 단차부 (7) 가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구에 관한 것이다.

또한, 제 2 항에 기재된 구멍뚫기 공구에 있어서, 상기 스텝부 (4) 에는 선단측으로부터 기단측을 향하여 외경이 점차 증가하는 프론트 테이퍼부 (8, 25, 26) 가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구에 관한 것이다.

또한, 제 4 항에 기재된 구멍뚫기 공구에 있어서, 상기 프론트 테이퍼부 (8, 25, 26) 의 테이퍼각은 상기 섕크부 선단에 형성되는 섕크 테이퍼부 (6) 의 테이퍼각보다 작은 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구에 관한 것이다.

또한, 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 1 항에 기재된 구멍뚫기 공구에 있어서, 상기 스텝부 (4) 의 선단측 소정 위치의 직경 (D1) 과 기단측 소정 위치의 직경 (D2) 의 차를 당해 2 점간 거리 (Lc) 로 나눈 값이, 초경 합금 부재로 형성되는 부분이 공구 선단에서부터 9 ㎜ 미만인 경우에는 하기 식 (1), 9 ㎜ 이상 12 ㎜ 이하인 경우에는 하기 식 (2) 로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구에 관한 것이다.

기

0.03

(D2-D1)/Lc

0.26 (1)

0.01

(D2-D1)/Lc

0.15 (2)

또한, 제 6 항에 기재된 구멍뚫기 공구에 있어서, 공구 선단에서부터 4 ㎜ 의 위치에서의 직경이 1.5 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구에 관한 것이다.

또한, 제 6 항에 기재된 구멍뚫기 공구에 있어서, 상기 스텝부 (4) 의 무게중심 위치가 공구 기단에서부터 공구 전체길이의 92.0 ％ 이하의 위치이고, 또한, 공구 전체의 무게중심 위치가 공구 기단에서부터 공구 전체길이의 42.5 ％ 이하의 위치가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구에 관한 것이다.

또한, 제 7 항에 기재된 구멍뚫기 공구에 있어서, 상기 스텝부 (4) 의 무게중심 위치가 공구 기단에서부터 공구 전체길이의 92.0 ％ 이하의 위치이고, 또한, 공구 전체의 무게중심 위치가 공구 기단에서부터 공구 전체길이의 42.5 ％ 이하의 위치가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구에 관한 것이다.

또한, 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 1 항에 기재된 구멍뚫기 공구에 있어서, 상기 스텝부 (4) 의 선단측 소정 위치의 직경 (D1) 과 기단측 소정 위치의 직경 (D2) 의 차를 당해 2 점간 거리 (Lc) 로 나눈 값이, 초경 합금 부재로 형성되는 부분이 공구 선단에서부터 9 ㎜ 미만인 경우에는 하기 식 (3), 9 ㎜ 이상 12 ㎜ 이하인 경우에는 하기 식 (4) 로 나타내는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구에 관한 것이다.

기

0.03

(D2-D1)/Lc

0.15 (3)

0.01

(D2-D1)/Lc

0.1 (4)

또한, 제 10 항에 기재된 구멍뚫기 공구에 있어서, 공구 선단에서부터 4 ㎜ 의 위치에서의 직경이 0.8 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구에 관한 것이다.

또한, 제 10 항에 기재된 구멍뚫기 공구에 있어서, 상기 스텝부 (4) 의 무게중심 위치가 공구 기단에서부터 공구 전체길이의 82.5 ％ 이하의 위치이고, 또한, 공구 전체의 무게중심 위치가 공구 기단에서부터 공구 전체길이의 37.5 ％ 이하의 위치가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구에 관한 것이다.

또한, 제 11 항에 기재된 구멍뚫기 공구에 있어서, 상기 스텝부 (4) 의 무게중심 위치가 공구 기단에서부터 공구 전체길이의 82.5 ％ 이하의 위치이고, 또한, 공구 전체의 무게중심 위치가 공구 기단에서부터 공구 전체길이의 37.5 ％ 이하의 위치가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구에 관한 것이다.

또한, 제 8 항에 기재된 구멍뚫기 공구에 있어서, 이 구멍뚫기 공구는, 프린트 배선판 가공용 드릴인 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구에 관한 것이다.

또한, 제 9 항에 기재된 구멍뚫기 공구에 있어서, 이 구멍뚫기 공구는, 프린트 배선판 가공용 드릴인 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구에 관한 것이다.

또한, 제 12 항에 기재된 구멍뚫기 공구에 있어서, 이 구멍뚫기 공구는, 프린트 배선판 가공용 드릴인 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구에 관한 것이다.

또한, 제 13 항에 기재된 구멍뚫기 공구에 있어서, 이 구멍뚫기 공구는, 프린트 배선판 가공용 드릴인 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구에 관한 것이다.

본 발명은 전술한 바와 같이 구성하였기 때문에, 복합재 접합 타입이라도 고회전시의 동적 흔들림을 가급적 억제하는 것이 가능하고, 환경성 및 비용성이 우수한 매우 실용적인 구멍뚫기 공구가 된다.

도 1 은 구멍뚫기 공구의 동적 흔들림에 관한 개략 설명도이다.
도 2 는 종래 형상을 설명하는 개략 설명 측면도이다.
도 3 은 단차부를 형성한 구멍뚫기 공구의 개략 설명 측면도이다.
도 4 는 프론트 테이퍼부를 형성한 구멍뚫기 공구의 개략 설명 측면도이다.
도 5 는 프론트 테이퍼부를 형성한 구멍뚫기 공구의 개략 설명 측면도이다.
도 6 은 구멍뚫기 공구의 동적 흔들림과 종탄성 계수와의 관계에 관한 개략 설명도이다.
도 7 은 구멍뚫기 공구의 동적 흔들림과 질량, 무게중심 위치와의 관계에 관한 개략 설명도이다.
도 8 은 구멍뚫기 공구의 동적 흔들림과 강성과의 관계에 관한 개략 설명도이다.
도 9 는 구멍뚫기 공구의 동적 흔들림에 관한 개략 설명도이다.
도 10 은 섕크경이 2 ㎜ 인 구멍뚫기 공구의 실험 조건 및 실험 결과를 나타내는 개략 설명도이다.
도 11 은 섕크경이 3.175 ㎜ 인 구멍뚫기 공구의 실험 조건 및 실험 결과를 나타내는 개략 설명도이다.

바람직한 것으로 생각되는 본 발명의 실시 형태를, 도면에 기초해서 본 발명의 작용을 나타내어 간단히 설명한다.

구멍뚫기 공구를 구멍뚫기 가공기의 스핀들척 (콜릿척) 에 파지 (把持) 시켜, 당해 구멍뚫기 공구에 의해 회전 절삭 가공을 실시한다. 이 때, 스텝부 (4) 의 외경을 기단측일수록 단계적 혹은 연속적으로 직경이 커지게 함으로써, 구멍뚫기 공구로 하여금 콜릿척으로부터 돌출되는 돌출부의 질량을 작게 하면서, 강성을 높일 수 있어, 원심력 및 횡방향의 부하에 의한 휘어짐을 경감시킬 수 있다. 또한, 선단측일수록 질량이 작아짐으로써 무게중심 위치가 콜릿척측으로 치우치게 되어, 원심력에 의한 휘어짐을 충분히 경감시킬 수 있게 된다. 따라서, 횡방향의 부하 및 원심력에 의한 휘어짐 쌍방을 경감시킬 수 있어, 복합재 접합 타입이라도 고회전시의 동적 흔들림을 가급적 억제할 수 있게 된다.

실시예

본 발명의 구체적인 실시예에 관해서 도면에 기초하여 설명한다.

본 실시예는, 공구 본체의 외주에 공구 선단으로부터 기단측을 향하는 나선 형상의 절삭 부스러기 배출홈이 1 개 혹은 복수 형성된 날부 (2) 를 갖는 몸체부 (1) 와, 기단측에 상기 날부 (2) 보다 직경이 큰 섕크 본체 (15) 를 갖는 섕크부 (3) 로 이루어지고, 상기 날부 (2) 는 탄화텅스텐 및 코발트를 주성분으로 하는 초경 합금 부재, 한편 상기 섕크부 (3) 는 스테인레스강 부재로 형성되어 있고, 또한, 이 초경 합금 부재 및 스테인레스강 부재는 용접 접합되고, 상기 날부 (2) 와 상기 섕크 본체 (15) 와의 사이에는, 그 도중부의 외경이 상기 날부 (2) 보다 크고 또한 상기 섕크 본체 (15) 보다 작은 스텝부 (4) 가 형성된 구멍뚫기 공구로서, 상기 스텝부 (4) 의 외경은 기단측일수록 단계적 혹은 연속적으로 직경이 커지도록 설정되어 있는 것이다.

구체적으로는 본 실시예는, 선단에 피삭물에 구멍뚫기 가공을 실시하는 절삭날이 형성된 날부 (2) 를 갖는 몸체부 (1) 와 구멍뚫기 가공기의 콜릿척에 파지되는 섕크부 (3) 를 구비한 날부 (2) 의 직경이 0.4 ㎜ 미만인 PCB 가공용 드릴이다.

각 부를 구체적으로 설명한다.

스텝부 (4) 는 몸체부 (1) 의 날부 (2) 와 섕크부 (3) 의 섕크 본체 (15) 와의 사이에 형성되는 것으로, 날부 (2) 및 섕크부 (3) 와는 별체이고, 이들에 각각용접 접합 (예를 들어 납접) 되는 구성으로 해도 된다. 요컨대 전술한 바와 같이, 종래의 복합재 접합 타입은 일반적으로, 접합 경계가 섕크 테이퍼부 (6') 의 영역 내에 위치하도록 설계되어 있지만, 본 실시예에서는, 접합 경계는 종래와 같이 섕크 테이퍼부 (6') 의 영역 내에 위치해도 되고, 그 밖의 부위에 위치해도 되며, 특별히 한정되는 것은 아니다.

구체적으로는, 몸체부 (1) 에는, 날부 (2) 의 기단부에 기단측일수록 직경이 커지는 테이퍼 형상의 몸체 테이퍼부 (5) 가 형성되고 그 몸체 테이퍼부 (5) 의 기단에 스텝부 (4) 가 연속 형성되며, 섕크부 (3) 에는, 섕크 본체 (15) 의 선단에 선단측일수록 직경이 작아지는 테이퍼 형상의 섕크 테이퍼부 (6) 가 형성되어 있고, 이 섕크 테이퍼부 (6) 의 선단이 상기 스텝부 (4) 의 기단에 연속하여 형성되어 있는 구성으로 해도 되고, 몸체 테이퍼부 (5) 혹은 섕크 테이퍼부 (6) 또는 그 양자를 형성하지 않고서 날부 (2) 와 섕크 본체 (15) 사이에 스텝부 (4) 를 형성하는 구성으로 해도 된다.

또한, (섕크 테이퍼부 (6) 에서 초경 합금제 부분과 스테인레스강제 부분을 용접 접합함으로써) 스텝부 (4) 는 몸체부 (1) 와 동일한 초경 합금제로 해도 되고, (몸체 테이퍼부 (5) 에서 초경 합금제 부분과 스테인레스강제 부분을 용접 접합함으로써) 섕크부 (3) 와 동일한 스테인레스강제로 해도 되며, 또한, 스텝부 (4) 의 선단측을 초경 합금제로 하고 기단측을 스테인레스강제로 해도 된다. 또한, 초경 합금제 부분, 스테인레스강제 부분을 각각 형성하고, 양자를 용접 접합하는 구성으로 해도 된다.

구체적으로는, 스텝부 (4) 는, 공구 전체길이가 36 ∼ 40 ㎜ 이고, 섕크 본체 (15) 의 직경 (섕크경) 이 2.6 ∼ 3.6 ㎜ (더욱 구체적으로는 3.175 ㎜) 인 경우에는, 선단측 소정 위치의 직경 (D1) 과 기단측 소정 위치의 직경 (D2) 의 차를 당해 2 점간 거리 (Lc) 로 나눈 값이, 초경 합금 부재로 형성되는 부분이 날부 (2) 의 선단에서부터 9 ㎜ 미만 (초경 합금 부재로 형성되는 부분의 공구 선단에서부터의 길이 (Lb) 가 9 ㎜ 미만) 인 경우에는 다음 식 0.03

(D2-D1)/Lc

0.26 으로 나타내어지고, Lb 가 9 ㎜ 이상 12 ㎜ 이하인 경우에는 다음 식 0.01

(D2-D1)/Lc

0.15 로 나타내어지도록 설정된다.

또한, 섕크경이 2.6 ∼ 3.6 ㎜ 인 경우, 공구 선단에서부터 4 ㎜ 의 위치에서의 직경은 1.5 ㎜ 이하가 되도록 설정된다.

또한, 섕크경이 2.6 ∼ 3.6 ㎜ 인 경우, 스텝부 (4) 의 무게중심 위치는 공구 기단에서부터 공구 전체길이의 92.0 ％ 이하의 위치이고, 또한, 공구 전체의 무게중심 위치는 공구 기단에서부터 공구 전체길이의 42.5 ％ 이하의 위치가 되도록 구성된다.

한편, 스텝부 (4) 는, 공구 전체길이가 22 ∼ 34 ㎜ 이고, 섕크경이 1.3 ∼ 2.5 ㎜ (더욱 구체적으로는 2 ㎜) 인 경우에는, 선단측 소정 위치의 직경 (D1) 과 기단측 소정 위치의 직경 (D2) 의 차를 당해 2 점간 거리 (Lc) 로 나눈 값이, 초경 합금 부재로 형성되는 부분이 날부 (2) 의 선단에서부터 9 ㎜ 미만 (초경 합금 부재로 형성되는 부분의 공구 선단에서부터의 길이 (Lb) 가 9 ㎜ 미만) 인 경우에는 다음 식 0.03

(D2-D1)/Lc

0.15 로 나타내어지고, Lb 가 9 ㎜ 이상 12 ㎜ 이하인 경우에는 다음 식 0.01

(D2-D1)/Lc

0.1 로 나타내어지도록 설정된다.

또한, 섕크경이 1.3 ∼ 2.5 ㎜ 인 경우, 공구 선단에서부터 4 ㎜ 의 위치에서의 (스텝부 (4) 의) 직경은 0.8 ㎜ 이하로 설정된다.

또한, 섕크경이 1.3 ∼ 2.5 ㎜ 인 경우, 스텝부 (4) 의 무게중심 위치는 공구 기단에서부터 공구 전체길이의 82.5 ％ 이하의 위치이고, 또한, 공구 전체의 무게중심 위치는 공구 기단에서부터 공구 전체길이의 37.5 ％ 이하의 위치가 되도록 구성된다.

또한, PCB 가공용 드릴의 콜릿척으로부터의 돌출 길이는, 통상 15 ∼ 24 ㎜ 정도이고, 초경 합금재가 사용되는 공구 선단에서부터의 길이는 통상 12 ㎜ 이하이다.

스텝부 (4) 의 외경을 기단측일수록 단계적 혹은 연속적으로 직경이 커지게 하는 형상은, 상기한 요건을 만족하는 것이라면 어떠한 형상이어도 되고, 예를 들어, 도 3 에 도시한 것과 같은 스텝부 (4) 의 선단측 소경부와 그 스텝부 (4) 의 기단측 대경부를 연속 형성하는 단차부 (7) 를 형성하는 구성이나, 도 4, 5 에 도시한 것과 같은 선단측으로부터 기단측을 향하여 외경이 점차 증가하는 프론트 테이퍼부 (8) 를 형성하는 구성이나, 도시하지 않았지만, 선단측으로부터 기단측을 향하여 곡선 형상으로 확경 (擴徑) 되는 확경부를 형성하는 구성, 그 밖에 이들을 조합한 구성에 의해 달성할 수 있다.

도 3 은 도 2(a) 에 도시한 종래 형상과 동일하게 몸체 테이퍼부 (5) 와 섕크 테이퍼부 (6) 를 형성하고, 또한, 상기 단차부 (7) 를 형성하는 타입을 도시한 것이다. 도 3(a) 는, 몸체 테이퍼부 (5) 와 섕크 테이퍼부 (6) 사이에, 스텝부 (4) 로서, 제 1 스트레이트부 (9) 와 그 제 1 스트레이트부 (9) 보다 직경이 큰 제 2 스트레이트부 (10) 와, 이 양자 사이에 선단측일수록 직경이 작아지는 테이퍼 형상의 단차부 (7) 를 형성한 구성이다. 또한, 도 3(b) 는, 몸체 테이퍼부 (5) 와 섕크 테이퍼부 (6) 사이에 형성되는, 제 1 스트레이트부 (9) 와 제 2 스트레이트부 (10) 와 제 3 스트레이트부 (11) 와의 사이에 각각 단차부 (7) 를 형성한 구성의 스텝부 (4) 를 갖는 것이다. 또한, 본 실시예에 있어서 스트레이트부란, 직경이 일정한 원통 형상 부분을 말한다.

또한, 도 3 에 있어서, 상기 선단측 소정 위치의 직경 (D1) 은 스텝부 (4) 의 선단 위치에 있어서의 직경이고, 상기 기단측 소정 위치의 직경 (D2) 은 스텝부 (4) 의 기단 위치에 있어서의 직경이다. 한편, 스텝부 (4) 의 기단 위치는 몸체부 (1) 의 기단 위치와 동일한 위치이다. 구체적으로는, 도 3(a) 에 있어서, 상기 선단측 소정 위치의 직경 (D1) 은, 몸체 테이퍼부 (5) 의 기단과 제 1 스트레이트부 (9) 의 선단과의 연속 형성부에 있어서의 직경, 상기 기단측 소정 위치의 직경 (D2) 은, 제 2 스트레이트부 (10) 의 기단과 섕크 테이퍼부 (6) 의 선단과의 연속 형성부에 있어서의 직경으로, 도 3(b) 에 있어서, 상기 직경 (D1) 은, 몸체 테이퍼부 (5) 의 기단과 제 1 스트레이트부 (9) 의 선단과의 연속 형성부에 있어서의 직경, 상기 직경 (D2) 은, 제 3 스트레이트부 (11) 의 기단과 섕크 테이퍼부 (6) 의 선단과의 연속 형성부에 있어서의 직경이다. 단, 상기 직경 (D2) 에 관해서는, 당해 스텝부 (4) 의 기단 위치 (몸체부 (1) 의 기단 위치) (La) 가 공구 선단에서부터 8 ㎜ 이상의 위치에 있는 경우에는, 공구 선단에서부터 8 ㎜ 의 위치의 직경이다.

도 4 는 도 2(a) 에 도시한 종래 형상과 동일하게 몸체 테이퍼부 (5) 와 섕크 테이퍼부 (6) 를 형성하고, 또한, 상기 프론트 테이퍼부 (8) 를 형성하는 타입을 도시한 것이다.

도 4(a) 는, 몸체 테이퍼부 (5) 와 섕크 테이퍼부 (6) 사이에, 스텝부 (4) 로서, 프론트 테이퍼부 (8) 를 형성한 구성이다. 또한, 도 4(b) 는, 몸체 테이퍼부 (5) 와 섕크 테이퍼부 (6) 사이에, 스텝부 (4) 로서, 선단측 스트레이트부 (12) 와 그 선단측 스트레이트부 (12) 의 기단측에 단차부 (7) 를 개재하여 프론트 테이퍼부 (8) 를 형성한 구성이고, 도 4(c) 는, 몸체 테이퍼부 (5) 와 섕크 테이퍼부 (6) 사이에, 스텝부 (4) 로서, 프론트 테이퍼부 (8) 와 그 프론트 테이퍼부 (8) 의 기단측에 기단측 스트레이트부 (13) 를 형성한 구성이고, 도 4(d) 는, 몸체 테이퍼부 (5) 와 섕크 테이퍼부 (6) 사이에, 스텝부 (4) 로서, 선단측 스트레이트부 (12) 와 그 선단측 스트레이트부 (12) 의 기단측에 단차부 (7) 를 개재하여 프론트 테이퍼부 (8) 를 형성하고, 이 프론트 테이퍼부 (8) 의 기단측에 기단측 스트레이트부 (13) 를 형성한 구성이다. 또한, 도 4 에 있어서는, 프론트 테이퍼부 (8) 의 테이퍼각은 섕크 테이퍼부 (6) 의 테이퍼각보다 작은 값으로 설정된다.

또한, 도 4 에 있어서는 도 3 과 동일하게, 상기 선단측 소정 위치의 직경 (D1) 은 스텝부 (4) 의 선단 위치에 있어서의 직경이고, 상기 기단측 소정 위치의 직경 (D2) 은 스텝부 (4) 의 기단 위치에 있어서의 직경이다. 또한, 스텝부 (4) 의 기단 위치는 몸체부 (1) 의 기단 위치와 동일한 위치이다. 구체적으로는, 도 4(a) 에 있어서, 상기 직경 (D1) 은, 몸체 테이퍼부 (5) 의 기단과 프론트 테이퍼부 (8) 선단과의 연속 형성부에 있어서의 직경, 상기 직경 (D2) 은, 프론트 테이퍼부 (8) 의 기단과 섕크 테이퍼부 (6) 선단과의 연속 형성부에 있어서의 직경이고, 도 4(b) 에 있어서, 상기 직경 (D1) 은, 몸체 테이퍼부 (5) 의 기단과 선단측 스트레이트부 (12) 의 선단과의 연속 형성부에 있어서의 직경, 상기 직경 (D2) 은, 프론트 테이퍼부 (8) 의 기단과 섕크 테이퍼부 (6) 의 선단과의 연속 형성부에 있어서의 직경이고, 도 4(c) 에 있어서, 상기 직경 (D1) 은, 몸체 테이퍼부 (5) 의 기단과 프론트 테이퍼부 (8) 선단과의 연속 형성부에 있어서의 직경, 상기 직경 (D2) 은, 기단측 스트레이트부 (13) 의 기단과 섕크 테이퍼부 (6) 선단과의 연속 형성부에 있어서의 직경이고, 도 4(d) 에 있어서, 상기 직경 (D1) 은, 몸체 테이퍼부 (5) 의 기단과 선단측 스트레이트부 (12) 의 선단과의 연속 형성부에 있어서의 직경, 상기 직경 (D2) 은, 기단측 스트레이트부 (13) 의 기단과 섕크 테이퍼부 (6) 의 선단과의 연속 형성부에 있어서의 직경이다. 단, 상기 직경 (D2) 에 관해서는, 당해 스텝부 (4) 의 기단 위치 (몸체부 (1) 의 기단 위치) (La) 가 공구 선단에서부터 8 ㎜ 이상의 위치에 있는 경우에는, 공구 선단에서부터 8 ㎜ 위치의 직경이다.

또한, 도 3, 4 에 있어서, 상기 직경 (D1 및 D2) 의 위치는, 공구 가공시에 예를 들어 가공 공구인 연삭 지석의 형상 처짐 등에 의한 가공 오차 때문에, 엄밀하게 그 위치를 특정할 수 없는 경우가 있다. 이 경우에는 상기 직경 (D1) 은 소정 위치 (스텝부 (4) 의 선단 위치) 보다 약간 기단측의 위치로 하고, 상기 직경 (D2) 은 소정 위치 (스텝부 (4) 의 기단 위치) 보다 약간 선단측의 위치로 하여 가공 오차 영역을 피한 위치로 해도 된다.

또한, 본 발명자들은, 후술하는 견해에 근거한 여러 가지 실험을 실시함으로써, 도 3, 도 4 에 도시한 종래 형상에도 형성되는, 비교적 테이퍼각이 큰 몸체 테이퍼부 (5) 를 형성하지 않고, (도 5(a), (b), (d) 에 각각 도시한 바와 같이) 날부 (2) 의 기단에 기단측일수록 직경이 커지는 테이퍼각이 15°미만인 (날부 연속 형성) 프론트 테이퍼부 (25) 를 연속 형성하거나, 직선적인 테이퍼 형상으로 하지 않고서 날부 (2) 의 기단에 기단측일수록 직경이 커지는 외형이 공구축측 (공구 중심측) 으로 볼록해지는 곡선 형상의 (날부 연속 형성) 곡면부를 형성함으로써 스텝부 (4) 를 구성하는 부위로 하여 본 발명의 효과가 얻어지는 것을 알아내었다. 또한 동일하게, 비교적 테이퍼각이 큰 섕크 테이퍼부 (6) 를 형성하지 않고, (도 5(b), (c), (d) 에 각각 도시한 바와 같이) 섕크 본체 (15) 의 선단에 선단측일수록 직경이 작아지는 테이퍼각이 20°미만인 (섕크 연속 형성) 프론트 테이퍼부 (26) 를 연속 형성하거나, 직선적인 테이퍼 형상으로 하지 않고서 섕크 본체 (15) 의 선단에 선단측일수록 직경이 작아지는 외형이 공구축측으로 볼록해지는 곡선 형상의 (섕크 연속 형성) 곡면부를 형성함으로써 스텝부 (4) 를 구성하는 부위로 하여 본 발명의 효과가 얻어지는 것을 알아내었다.

도 5 에 기초하여 구체적으로 설명한다.

도 5(a) 는, 날부 (2) 와 섕크 테이퍼부 (6) 사이에, 스텝부 (4) 로서, (날부 연속 형성) 프론트 테이퍼부 (25) 를 형성한 구성이다. 또한, 도 5(b) 는, 날부 (2) 와 섕크 본체 (15) 사이에, 스텝부 (4) 로서, 날부 (2) 의 기단에 연속 형성시킨 (날부 연속 형성) 프론트 테이퍼부 (25) 와 그 (날부 연속 형성) 프론트 테이퍼부 (25) 의 기단에 연속 형성시킨 스트레이트부 (14) 와, 이 스트레이트부 (14) 의 기단에, 섕크 본체 (15) 의 선단에 연속 형성시킨 (섕크 연속 형성) 프론트 테이퍼부 (26) 의 선단을 연속 형성한 구성이다. 또한, 도 5(c) 는, (날부 (2) 의 기단부에 형성된) 몸체 테이퍼부 (5) 와 섕크 본체 (15) 사이에, 스텝부 (4) 로서, (섕크 연속 형성) 프론트 테이퍼부 (26) 를 형성한 구성이다. 또한, 도 5(d) 는, 날부 (2) 와 섕크 본체 (15) 사이에, 스텝부 (4) 로서, (날부 연속 형성) 프론트 테이퍼부 (25) 와 (섕크 연속 형성) 프론트 테이퍼부 (26) 를 직접 연속 형성한 구성이다. 따라서, 도 5(a) 는 날부 (2) 와 섕크 테이퍼부 (6) 사이에 형성된 부위 (Ld) 가 스텝부 (4) 가 되고, 도 5(b) ∼ (d) 는 날부 (2) 와 섕크 본체 (15) 사이에 형성된 부위 (Ld) 가 스텝부 (4) 가 된다.

또한, 도 5 에 있어서는 도 3, 4 와 동일하게, 상기 선단측 소정 위치의 직경 (D1) 은 스텝부 (4) 의 선단 위치에 있어서의 직경이고, 상기 기단측 소정 위치의 직경 (D2) 은 스텝부 (4) 의 기단 위치에 있어서의 직경이다. 단, 상기 (날부 연속 형성) 프론트 테이퍼부 (25) (테이퍼각이 15°미만) 나 상기 (날부 연속 형성) 곡면부 (공구축측으로 볼록해지는 곡선 형상) 를 형성한 공구에 있어서는, 전술한 가공 오차가 존재할 가능성이 높다는 등의 형상적인 이유에서 상기 직경 (D1) 의 소정 위치 (스텝부 (4) 의 선단 위치 = 날부 (2) 의 기단 위치) 의 특정이 곤란하기 때문에, 상기 직경 (D1) 은, 공구 선단에서부터 날부 (2) 의 공칭 길이 + 1 ㎜ 위치에 있어서의 직경으로 한다. 한편, 스텝부 (4) 의 기단 위치는 몸체부 (1) 의 기단 위치와 동일한 위치이다.

구체적으로는, 도 5(a) 에 있어서, 상기 직경 (D1) 은, 공구 선단에서부터 날부 (2) 의 공칭 길이 + 1 ㎜ 의 위치에 있어서의 직경, 상기 직경 (D2) 은, (날부 연속 형성) 프론트 테이퍼부 (25) 의 기단과 섕크 테이퍼부 (6) 선단과의 연속 형성부에 있어서의 직경이다. 또한, 도 5(b) 에 있어서, 상기 직경 (D1) 은, 공구 선단에서부터 날부 (2) 의 공칭 길이 + 1 ㎜ 의 위치에 있어서의 직경, 상기 직경 (D2) 은, 공구 선단에서부터 8 ㎜ 의 위치의 직경이다 (이 이유는 후술한다). 또한, 도 5(c) 에 있어서, 상기 직경 (D1) 은, (날부 (2) 의 기단부에 형성된) 몸체 테이퍼부 (5) 의 기단과 (섕크 연속 형성) 프론트 테이퍼부 (26) 선단과의 연속 형성부에 있어서의 직경, 상기 직경 (D2) 은, 공구 선단에서부터 8 ㎜ 의 위치의 직경이다 (이 이유는 후술한다). 또한, 도 5(d) 에 있어서, 상기 직경 (D1) 은, 공구 선단에서부터 날부 (2) 의 공칭 길이 + 1 ㎜ 의 위치에 있어서의 직경, 상기 직경 (D2) 은, 공구 선단에서부터 8 ㎜ 의 위치의 직경이다 (이 이유는 후술한다). 단, 상기 직경 (D2) 에 관해서는, 당해 스텝부 (4) 의 기단 위치 (몸체부 (1) 의 기단 위치) (La) 가 공구 선단에서부터 8 ㎜ 이상의 위치에 있는 경우에는, 공구 선단에서부터 8 ㎜ 의 위치의 직경이다. 이 때문에, 도 5(b) ∼ (d) 에 있어서, 상기 직경 (D2) 의 위치가 공구 선단에서부터 8 ㎜ 의 위치의 직경이라고 한 것으로서, 섕크 본체 (15) 의 선단에 연속 형성시켜 (섕크 연속 형성) 프론트 테이퍼부 (26) 를 형성한 구성으로서 상기한 본 발명의 요건을 만족하는 형상으로 한 경우, 당해 스텝부 (4) 의 기단 위치 (La) 는 통상 8 ㎜ 이상의 위치가 되기 때문이다.

또한, 도 5 에 있어서, 몸체 테이퍼부 (5) 또는 섕크 테이퍼부 (6) 를 갖는 경우에는, 도 3, 4 의 경우와 동일하게, 상기 직경 (D1 및 D2) 의 위치는, 전술한 가공 오차 때문에, 엄밀하게 그 위치를 특정할 수 없는 경우가 있다. 이 경우에는 상기 직경 (D1) 은 소정 위치 (스텝부 (4) 의 선단 위치) 보다 약간 기단측의 위치로 하고, 상기 직경 (D2) 은 소정 위치 (스텝부 (4) 의 기단 위치) 보다 약간 선단측의 위치로 하여 가공 오차 영역을 피한 위치로 해도 된다.

이상의 조건은, 도 6 ∼ 9 에 나타내는 견해를 기초로 도 10, 11 에 나타내는 것과 같은 실험을 실시하여, 그 결과를 정리함으로써 얻어진 것이다.

드릴 회전시의 동적 흔들림의 요인 (영향을 주는 인자) 으로는, 소재의 종탄성 계수, 질량, 무게중심 위치, 강성을 들 수 있다.

먼저, 도 6 에 기초하여 종탄성 계수에 관해서 설명한다. 사용되는 초경 합금의 종탄성 계수는 일반적으로 600 GPa 정도이고, 스테인레스강의 종탄성 계수는 200 GPa 정도이기 때문에, 양자에는 3 배 정도의 차이가 있다. 드릴의 동적 흔들림은 원심력에 의한 휘어지기 쉬운 정도 (종탄성 계수) 에 영향을 받는다. 드릴이 회전했을 때에 발생하는 원심력에 의해, 콜릿척으로부터 돌출되는 돌출부 전체의 밑둥 (콜릿척에 의한 파지 부분의 선단 경계 부분) 에 최대의 응력이 가해진다. 동일 형상이면, 질량이 가벼운 콤포지트 타입 (복합재 접합 타입) 쪽이 원심력이 작고, 밑둥에 가해지는 응력은 작아지지만, 돌출부 밑둥을 구성하는 스테인레스강의 종탄성 계수가 그 이상으로 열등하기 때문에 휘어지기 쉽다.

도 6(1) 은 전체가 초경 합금제인 솔리드 타입, (2) 은 선단에서부터 섕크 테이퍼부 선단측의 일부까지가 초경 합금제이고 섕크부가 스테인레스강제인 콤포지트 타입, (3) 은 선단에서부터 스텝부 선단측의 일부까지가 초경 합금제이고 나머지가 스테인레스강제인 콤포지트 타입인데, 이들의 종탄성 계수에 기초하는 휘어지기 쉬운 정도를 스텝부와 돌출부 전체로 나누어서 비교하면, 도 6(1) 은 스텝부 및 돌출부가 함께 휘어지기 어렵고, (2) 는 초경 합금제인 스텝부만은 휘어지기 어렵고, (3) 은 어느 것도 잘 휘어지게 된다. 도 6 의 상부의 비교 사진은 도 6(1) 과 (3) 의 비교로, 좌측이 (1), 우측이 (3) 이고, 우측의 공구는 돌출부의 밑둥부, 스텝부 모두 휘어짐이 크다는 것을 알 수 있다. 한편, 도 6(1) ∼ (3) 의 바깥 형상은 도 2(a) 와 같은 종래 형상이다.

도 7 에 기초하여 질량, 무게중심 위치에 관해서 설명한다. 사용되는 초경 합금의 밀도는 일반적으로 15 × 10³ ㎏/㎥ 정도이고, 스테인레스강의 밀도는 7.7 × 10³ ㎏/㎥ 정도인 점에서, 양자에는 2 배 정도의 차이가 있다. 드릴이 회전시에 받는 원심력은 질량에 영향을 받는다. 또한, 소정의 원심력에 대해서는, 무게중심 위치와 응력 집중 부위와의 거리 (양자가 가까울수록 휘어지기 어렵다) 에 영향을 받는다.

한편, 도 6 과 같이 도 7(1) 은 전체가 초경 합금제인 솔리드 타입, (2) 는 선단에서부터 섕크 테이퍼부 선단측의 일부까지가 초경 합금제이고 섕크부가 스테인레스강제인 콤포지트 타입, (3) 은 선단에서부터 스텝부 선단측의 일부까지가 초경 합금제이고 나머지가 스테인레스강제인 콤포지트 타입이다.

이들의 질량에 기초하는 휘어지기 쉬운 정도를 스텝부와 돌출부 전체로 나누어서 비교하면, 도 7(1) 은 스텝부 및 돌출부가 함께 휘어지기 쉽고, (2) 는 섕크부가 스테인레스강제이기 때문에 돌출부 전체로서는 휘어지기 어렵고, (3) 은 어느 것도 휘어지기 어렵게 된다.

또한, 무게중심 위치에 의한 휘어지기 쉬운 정도를 스텝부와 돌출부 전체로 나누어서 비교하면, 도 7(1) 은 스텝부 및 돌출부 모두 무게중심 위치는 기단측 근처로서 함께 휘어지기 어렵고, (2) 는 초경 합금제인 스텝부만이 휘어지기 어렵고, (3) 은 스텝부는 휘어지기 쉽고, 돌출부 전체로서는 약간 휘어지기 어렵게 된다.

구체적으로는, 공구 전체길이를 변경하지 않고서 스텝부를 길게 한 경우, 스텝부의 질량이 무거워져, 스텝부에 발생하는 원심력은 커진다. 또한, 돌출부의 질량이 가벼워져, 돌출부 전체에 발생하는 원심력은 작아진다. 한편, 스텝부를 짧게 하면, 스텝부의 질량이 가벼워져, 스텝부에 발생하는 원심력은 작아진다. 또한, 돌출부의 질량이 무거워져, 돌출부 전체에 발생하는 원심력은 커진다. 도 7(1) ∼ (3) 에서는 공구의 형상이나 돌출부의 길이를 동일하게 하여 비교하고 있기 때문에, 질량과 무게중심 위치는 공구에 사용하는 재질, 사용하는 부위, 및 그 양에 의존한다.

또한, 콤포지트 타입에 있어서는, 선단측의 초경 합금재 사용량 (공구 선단에서부터의 사용 길이) 이 클수록 돌출부의 무게중심 위치는 선단측으로 되어, 소정의 원심력에 대한 휘어짐이 커진다. 또한, 스텝부의 무게중심 위치에 관해서는, 스텝부의 도중부에서 날부측의 초경 합금 부재와 섕크부측의 스테인레스강 부재가 접합된 경우, 선단측의 초경 합금재 사용량이 클수록 무게중심 위치가 선단측으로 되어, 소정의 원심력에 대한 휘어짐이 커진다.

즉, 콤포지트 타입에서는, 무게중심 위치가 변하는 것과 질량이 변하는 것과는 동일한 의미이기 때문에, 실제로는 질량과 무게중심 위치가 동시에 휘어짐에 영향을 주게 된다.

도 8 에 기초하여 강성에 관해서 설명한다. 강성은, 섕크부 직경의 영향이 크다. PCB 가공용 드릴에 있어서는 섕크경은 한정되어 있어, 재질의 종탄성 계수가 거의 그 강성에 반영된다. 스텝부에 관해서는 그 형상, 재질의 구성에 따라 강성이 변화한다.

도 8(1) ∼ (3) 은, 도 6, 도 7 의 (1) ∼ (3) 과 동일하다. 도 8(4) 는 선단에서부터 스텝부 선단측의 일부까지가 초경 합금제이고 나머지가 스테인레스강제인 콤포지트 타입의 (3) 에 있어서 스텝부의 길이를 길게 한 타입, 도 8(5) 는 선단에서부터 스텝부 선단측의 일부까지가 초경 합금제이고 나머지가 스테인레스강제인 콤포지트 타입의 (3) 에 있어서 스텝부의 직경을 가늘게 한 타입이다.

이들의 강성에 기초하는 휘어지기 쉬운 정도를 스텝부와 돌출부 전체로 나누어서 비교하면, 도 8(1) 은 스텝부 및 돌출부가 함께 휘어지기 어렵고, (2) ∼ (4) 는 섕크부가 스테인레스강제이기 때문에 돌출부 전체로서는 어느 것도 휘어지기 쉽고, 또한, (2) 는 스텝부 전체가 초경 합금제이기 때문에 스텝부는 휘어지기 어렵고, (3) 은 스텝부가 (4), (5) 에 비하여 굵거나 또는 짧기 때문에 약간 휘어지기 어렵고, (4) 는 스텝부가 길고, (5) 는 스텝부가 가늘기 때문에, 잘 휘어지게 된다.

이상, 도 9 에 정리한 바와 같이, 콤포지트 타입의 PCB 가공용 드릴에 있어서는 날부 뿐만 아니라, 돌출부 전체와 스텝부 쌍방에 있어서 휘어짐이 발생하지 때문에, 전체의 질량, 무게중심 위치의 균형과, 스텝부의 질량, 무게중심 위치, 강성 (형상) 의 균형을 잡지 않으면 휘어짐을 억제하는 것은 불가능하다.

그래서, 본 실시예에서는, 스텝부 및 돌출부에 관해서 아래와 같이 생각하여, 종래예 (1) 및 종래예 (3) 에 대해 실시예 (2) 및 실시예 (4) 의 구성에 도달하였다. 도 9 중 하부의 그래프는, 이들의 동적 흔들림을 초경 합금제의 솔리드 타입 (형상은 종래예 (1), (3) 과 동일) 과 비교한 것이다. 실시예 (2), (4) 모두 솔리드 타입에 가까운 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다.

즉, 스텝부에 관해서는, 질량을 가볍게 함으로써 발생하는 원심력을 작게 하여 동적 흔들림을 억제하는 것은 가능하지만, 강성이 약하면 휘어지기 쉽기 때문에, 강성을 부여하기 위해서, 외경을 기단측일수록 단계적 혹은 연속적으로 직경이 커지는 형상으로 하고, 동시에 스텝부의 무게중심 위치를 기단측으로 하였다. 또한, 선단측에서 사용되는 종탄성 계수가 높은 초경 합금 부재는 가늘게 설계하고, 종탄성 계수가 낮은 스테인레스를 굵게 설계함으로써, 강성을 유지하면서 질량을 가볍게 하였다. 이것은, 전술한 공구 선단에서부터 4 ㎜ 의 위치에서의 직경을 소정의 값 (1.5 ㎜ 이하 또는 0.8 ㎜ 이하) 으로 설정한 것과 연관된다.

또한, 돌출부에 관해서는, 스텝부를 약간 길게 하고, 스텝 직경을 가늘게 하는 등, 돌출부 전체를 경량화함으로써 발생하는 원심력을 작게 하고 또한 무게중심 위치를 기단측으로 설정하는 것을 가능하게 하였다. 스텝부의 무게중심 위치가 기단측에 설정되어 있을 수록 동적 흔들림을 억제하기에는 유리해진다. 이것은, 전술한 스텝부 (4) 의 기단 위치 (몸체부 (1) 의 기단 위치) (La) 가 공구 선단에서부터 8 ㎜ 이상의 위치에 있는 경우에는, 상기 직경 (D2) 을 공구 선단에서부터 8 ㎜ 의 위치의 직경으로 한 것과 연관되고, 또한, 스텝부 (4) 의 무게중심 위치와 공구 전체의 무게중심 위치를 공구 기단에서부터 공구 전체길이에 대한 비로 나타낸 소정의 위치로 설정한 것에 연관된다.

도 10 은 섕크경이 2 ㎜ 인 경우의 실험 조건 및 실험 결과를 나타내는 것이고, 도 11 은 섕크경이 3.175 ㎜ 인 경우의 실험 조건 및 실험 결과를 나타내는 것이다.

공구 선단의 섕크부와는 색이 상이한 부위가 초경 합금제 부분이고, 당해 초경 합금제 부분은 일체적으로 형성되어 있다. 이 초경 합금제 부분의 기단과 스테인레스강제 부분의 선단이 용접 접합되어 있다.

공구의 형상이나 초경 합금재 사용량 등은 여러 가지이지만, 상기 서술한 조건을 만족하는 예는 어느 것이나, 상기 조건을 만족시키지 않는 종래예에 비하여 동적 흔들림이 억제되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 도 10 의 실시예 No.10, 11 에 관해서는, 스텝부가 기단측일수록 직경이 커지도록 되어 있지 않지만, 무게중심 위치를 본 실시예에 관련된 조건을 만족시키도록 스텝부의 형상을 설정함으로써, 비교적 동적 흔들림을 억제할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 무게중심 위치를 상기 조건으로 설정함으로써 동적 흔들림을 크게 개선시키는 것이 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 동적 흔들림에 관해서는, 도 1(2) 에 도시한 바와 같이, 구멍뚫기 공구를 300 krpm 으로 회전시킨 경우의 동적 흔들림을 측정하여 비교함으로써 평가를 실시하였다. 이 도 1(2) 에 있어서는, 도 10 의 종래예 No.2 에 상당하는 종래 형상 복합재 접합 타입 (b) 은, 종래 형상의 솔리드 타입 (a) 의 5 배 정도의 동적 흔들림을 나타내지만, 도 10 의 실시예 No.1 에 상당하는 본 실시예의 복합재 접합품 (c) 에 의하면, 종래 형상의 복합재 접합 타입 (b) 에 비하여 대폭적으로 동적 흔들림이 억제되는 것을 확인할 수 있었다. 이것은 도 1(2) 오른쪽의 그래프에 나타내는 바와 같이, 무게중심 위치가 콜릿척측 (공구 기단측) 으로 치우치는 것에 의한 효과가 큰 것으로 생각된다.

본 실시예는 전술한 바와 같이 구성하였기 때문에, 구멍뚫기 공구를 구멍뚫기 가공기의 스핀들척 (콜릿척) 에 파지시켜, 당해 구멍뚫기 공구에 의해 회전 절삭 가공을 실시할 때, 구멍뚫기 공구로 하여금 콜릿척으로부터 돌출되는 돌출부의 질량을 작게 하면서, 강성을 높일 수 있어, 원심력 및 횡방향의 부하에 의한 휘어짐을 경감시킬 수 있다. 또한, 선단측일수록 질량이 작아짐으로써 무게중심 위치가 콜릿척측으로 치우치게 되어, 원심력에 의한 휘어짐을 충분히 경감시킬 수 있게 된다. 따라서, 횡방향의 부하 및 원심력에 의한 휘어짐 쌍방을 경감시킬 수 있어, 복합재 접합 타입이라도 고회전시의 동적 흔들림을 가급적 억제할 수 있게 된다.

따라서, 본 실시예는, 복합재 접합 타입이라도 고회전시의 동적 흔들림을 가급적 억제하는 것이 가능하고, 환경성 및 비용성이 우수한 매우 실용적인 것으로 된다.

1 … 몸체부
2 … 날부
3 … 섕크부
4 … 스텝부
6 … 섕크 테이퍼부
7 … 단차부
8·25·26 … 프론트 테이퍼부
15 … 섕크 본체
D1 … 선단측 소정 위치의 직경
D2 … 기단측 소정 위치의 직경
Lc … 2 점간 거리

Claims

공구 본체의 외주에 공구 선단으로부터 기단측을 향하는 나선 형상의 절삭 부스러기 배출홈이 1 개 혹은 복수 형성된 날부를 갖는 몸체부와, 기단측에 상기 날부보다 직경이 큰 섕크 본체를 갖는 섕크부로 이루어지고, 상기 날부는 탄화텅스텐 및 코발트를 주성분으로 하는 초경 합금 부재, 한편 상기 섕크부는 스테인레스강 부재로 형성되어 있고, 또한, 이 초경 합금 부재 및 스테인레스강 부재는 용접 접합되고, 상기 날부와 상기 섕크 본체와의 사이에는, 그 도중부의 외경이 상기 날부보다 크고 또한 상기 섕크 본체보다 작은 스텝부가 형성된 구멍뚫기 공구로서, 상기 스텝부의 외경은 기단측일수록 단계적 혹은 연속적으로 직경이 커지도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구.
제 1 항에 있어서,
상기 스텝부는 상기 몸체부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구.
제 2 항에 있어서,
상기 스텝부에는 그 스텝부 선단측의 소경부와 그 스텝부 기단측의 대경부를 연속 형성하는 단차부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구.
제 2 항에 있어서,
상기 스텝부에는 선단측으로부터 기단측을 향하여 외경이 점차 증가하는 프론트 테이퍼부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구.
제 4 항에 있어서,
상기 프론트 테이퍼부의 테이퍼각은 상기 섕크부 선단에 형성되는 섕크 테이퍼부의 테이퍼각보다 작은 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스텝부의 선단측 소정 위치의 직경과 기단측 소정 위치의 직경의 차를 당해 2 점간 거리로 나눈 값이, 초경 합금 부재로 형성되는 부분이 공구 선단에서부터 9 ㎜ 미만인 경우에는 하기 식 (1), 9 ㎜ 이상 12 ㎜ 이하인 경우에는 하기 식 (2) 로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구.
기
0.03
(D2-D1)/Lc
0.26 (1)
0.01
(D2-D1)/Lc
0.15 (2)
제 6 항에 있어서,
공구 선단에서부터 4 ㎜ 의 위치에서의 직경이 1.5 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구.
제 6 항에 있어서,
상기 스텝부의 무게중심 위치가 공구 기단에서부터 공구 전체길이의 92.0 ％ 이하의 위치이고, 또한, 공구 전체의 무게중심 위치가 공구 기단에서부터 공구 전체길이의 42.5 ％ 이하의 위치가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구.
제 7 항에 있어서,
상기 스텝부의 무게중심 위치가 공구 기단에서부터 공구 전체길이의 92.0 ％ 이하의 위치이고, 또한, 공구 전체의 무게중심 위치가 공구 기단에서부터 공구 전체길이의 42.5 ％ 이하의 위치가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스텝부의 선단측 소정 위치의 직경과 기단측 소정 위치의 직경의 차를 당해 2 점간 거리로 나눈 값이, 초경 합금 부재로 형성되는 부분이 공구 선단에서부터 9 ㎜ 미만인 경우에는 하기 식 (3), 9 ㎜ 이상 12 ㎜ 이하인 경우에는 하기 식 (4) 로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구.
기
0.03
(D2-D1)/Lc
0.15 (3)
0.01
(D2-D1)/Lc
0.1 (4)
제 10 항에 있어서,
공구 선단에서부터 4 ㎜ 의 위치에서의 직경이 0.8 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구.
제 10 항에 있어서,
상기 스텝부의 무게중심 위치가 공구 기단에서부터 공구 전체길이의 82.5 ％ 이하의 위치이고, 또한, 공구 전체의 무게중심 위치가 공구 기단에서부터 공구 전체길이의 37.5 ％ 이하의 위치가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구.
제 11 항에 있어서,
상기 스텝부의 무게중심 위치가 공구 기단에서부터 공구 전체길이의 82.5 ％ 이하의 위치이고, 또한, 공구 전체의 무게중심 위치가 공구 기단에서부터 공구 전체길이의 37.5 ％ 이하의 위치가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구.
제 8 항에 있어서,
이 구멍뚫기 공구는, 프린트 배선판 가공용 드릴인 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구.
제 9 항에 있어서,
이 구멍뚫기 공구는, 프린트 배선판 가공용 드릴인 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구.
제 12 항에 있어서,
이 구멍뚫기 공구는, 프린트 배선판 가공용 드릴인 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구.
제 13 항에 있어서,
이 구멍뚫기 공구는, 프린트 배선판 가공용 드릴인 것을 특징으로 하는 구멍뚫기 공구.