KR20120002447A

KR20120002447A - 천공 공구

Info

Publication number: KR20120002447A
Application number: KR1020110061189A
Authority: KR
Inventors: 유키요시 호시; 토시오 야스다
Original assignee: 유니온쓰루 가부시키가이샤
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2012-01-05
Also published as: JP5066229B2; TW201206595A; CN102310215A; JP2012011489A; CN102310215B; TWI438047B

Abstract

[과제] 칩의 감겨 붙음을 방지할 수 있고, 직경이 0.7mm이하, 특히 0.4mm이하의 소경 드릴이어도, 절손 수명이 길고 안정된 천공 가공이 실현 가능한 극히 실용성이 뛰어난 천공 공구의 제공.
[해결수단] 공구 본체(1)의 선단에 1개 혹은 복수의 절단날이 설치되고, 이 공구 본체(1)의 외주에 공구 선단으로부터 기단측을 향하는 복수의 나선 형상의 칩 배출 홈이 형성되며, 이 복수의 칩 배출 홈은 적어도 1개의 주홈(2a)과 1개의 부홈(2b)을 포함하고, 상기 주홈(2a)의 도중부에 1개 혹은 복수의 부홈(2b)이 합류하도록 형성된 천공 공구로서, 상기 주홈(2a)과 상기 부홈(2b)의 합류부(6)에 단차(7)를 형성한다.

Description

천공 공구{DRILLING TOOL}

본 발명은, 천공 공구(drilling tool)에 관한 것이다.

프린트 배선판(PCB)의 천공 가공에는, 도 1에 나타낸 바와 같은 날부(C)를 갖는 보디부(A)와 생크(shank)부(B)로 구성되는 드릴이 사용된다. 사이즈는 용도에 따라서 여러 가지이지만, 일반적으로 직경이 0.7mm 이하의 드릴이 많이 사용되고 있다.

구체적으로는, 날부(C)에는, 도 2에 나타낸 바와 같이 본체(20)의 외주(外周)에 드릴 선단(先端)으로부터 기단(基端)측을 향하는 나선 형상의 칩 배출 홈 (22)이 형성되고, 이 칩 배출 홈(22)의 레이크면(rake face)과 선단에 설치된 제1 플랭크(flank, 24)과의 교차 능선부에는 절단날(21)이 형성되어 있다(예를 들면 특허문헌 1, 2 참조). 또한, 도면 중, 부호 25는 제1 플랭크(24)의 공구 회전방향 후방측에 연설(連設)되는 제2 플랭크, d'는 공구 직경, l'은 칩 배출 홈의 홈 길이, α'는 비틀림각이다.

또한, 알루미늄합금, 티타늄, 마그네슘, 구리 등의 비철금속계 피삭재용의 내(耐)마모성과 내용착성을 갖는 피막으로서 비정질 탄소 피막이 실용화되어, 드릴이나 엔드밀, 칼날 교환형 절삭 칩 등의 절삭 공구에 피복되어 이용되고 있다(예를 들면 특허문헌 3 참조).

그런데, PCB는 구리와 절연층으로서 유리섬유 포직(Glass fibre cloth)에 수지를 함침(含浸)시킨 것을 접합하여 구성되는 것으로, 근년의 PCB는, 신뢰성의 향상을 위해, 내열성의 향상이나 굽힘 강도의 강화 및 저열 팽창화가 더 요구되고 있어, PCB를 구성하는 유리섬유 포직이나 수지의 기계적 강도를 높임으로써, 높은 신뢰를 확보하고 있는 것이 많아지고 있다.

그렇지만, 천공 가공을 행하는 피삭재로서 고려한 경우, 상기 구성의 PCB는 기계적 강도를 높아진 만큼 드릴의 마모를 촉진하기 쉽고, 천공 가공중의 드릴 절손이나 과도의 마모에 동반하는 구멍 위치 정밀도 등의 구멍 품질의 악화를 일으키기 쉽다.

한편, PCB의 고밀도화에 동반하여, 요구되는 구멍 직경(드릴의 직경)은 해마다 경소(徑小)화되고 있고, 직경이 0.4mm 이하의 천공 가공이 많아지고 있다.

또한, 천공 가공 공정에 있어서는, 가공 효율을 고려하여, 동일 사양의 PCB를 복수매 겹쳐 천공 가공을 하는 것이 일반적이다. 구체적으로는, 복수매 겹친 PCB의 상면에 드릴의 구심성(求心性)을 높이는 목적의 맞댐판으로서 알루미늄판 또는 표면에 수지가 피복된 수지 부착 알루미늄판을 얹어놓고 천공 가공을 하는 것이 일반적이다. 수지 부착 알루미늄판은 알루미늄판보다 구심성을 높이는 효과가 높고, 또한 드릴의 절손의 개선에도 기여하기 때문에, 특히 직경이 0.4mm 이하의 소경 드릴의 천공 가공에 사용되는 경우가 많다.

근년에는, 상기한 바와 같은 비교적 가공성이 나쁜 PCB의 가공에 사용하는 PCB용 소경 드릴에 대해서도, 가공비용 삭감을 목적으로 한 PCB의 겹침 매수의 증가나, 드릴이 절손되지 않고 천공 가공할 수 있는 천공 수명의 연장이 요구되고 있다.

그렇지만, 맞댐판으로서 수지 부착 알루미늄판을 사용하여 천공 가공한 경우, 알루미늄판을 사용하여 천공 가공한 경우보다, 드릴의 날부(C)의 기단부 근방에 칩의 감겨 붙은 찌꺼기가 현저하게 발생하고, 수지의 점성이 높을수록, 또한 피복된 수지가 두꺼울수록, 상술한 칩의 감겨 붙은 찌꺼기가 발생하는 경향이 높아, 상기 요구의 실현은 곤란하다.

이는, 통상은 천공 가공시에 발생하는 칩은 천공기에 부속되는 칩 흡인 기능에 의해서 흡인되어 소정의 더스트 박스로 반출되지만, 수지 부착 알루미늄판을 사용한 경우, 천공 가공시의 절삭열에 의해서 연화된 수지가 칩과 함께 칩 배출 홈에 가이드되어 배출되고, 날부(C)의 기단부 근방에서 드릴과 칩을 점착하도록 작용하기 때문이라고 생각되며, 계속 천공 가공을 반복함으로써 칩의 감겨 붙은 찌꺼기 양이 증가하는 것으로 생각된다.

칩의 감겨 붙은 찌꺼기 양은, 천공 가공시의 드릴의 회전수나 이송속도의 가공 조건이나 PCB의 재질에 의해서도 변화하지만, 도 3(a)에 나타낸 바와 같이 현저한 칩의 감겨 붙은 찌꺼기가 발생하고, 이 칩의 감겨 붙은 찌꺼기가 이어지는 천공 가공중에 그 칩(칩 덩어리)이 어떠한 진동 등을 계기로 드릴로부터 멀어져, 상기 흡인 기능으로도 흡인되지 않고 맞댐판상에 낙하하여, 그 후, 천공 가공하려고 하는 드릴이 낙하한 칩 덩어리에 간섭함으로써 구멍 위치 정밀도의 악화나 드릴의 절손이 일어나는 것으로 생각된다. 도 3(b)에 맞댐판상에 낙하한 칩 덩어리를 예시한다.

또한, 예를 들면, 특허문헌 4에는, 2개의 절단날과 2개의 칩 배출 홈을 갖는 PCB드릴에 있어서, 각 칩 배출 홈을 선단으로부터 소정량 후퇴한 위치에서 합류시키고, 합류점보다 후방에서 1개의 홈으로 함으로써, 강성(剛性)을 향상시키는 기술이 개시되어 있지만, 칩의 감겨 붙음에 대해서는 언급이 없어, 상기 요구를 만족시킬 수 없다.

일본 공개특허 소56-39807호 공보 일본 공개특허 2006-55915호 공보 일본 공개특허 2001-341021호 공보 일본 공개특허 2007-307642호 공보

본 발명은, 상술과 같은 현상에 감안하여 이루어진 것으로, 칩의 감겨 붙음을 방지할 수 있고, 직경이 0.7mm 이하, 특히 0.4mm 이하의 소경 드릴이어도, 절손 수명이 길고 안정된 천공 가공이 실현 가능한 극히 실용성이 뛰어난 천공 공구를 제공하는 것이다.

첨부 도면을 참조하여 본 발명의 요지를 설명한다.

공구 본체(1)의 선단에 1개 혹은 복수의 절단날이 설치되고, 이 공구 본체 (1)의 외주에 공구 선단으로부터 기단측을 향하는 복수의 나선 형상의 칩 배출 홈이 형성되며, 이 복수의 칩 배출 홈은 적어도 1개의 주(主)홈(2a)과 1개의 부(副)홈(2b)을 포함하고, 상기 주홈(2a)의 도중부에 1개 혹은 복수의 부홈(2b)이 합류하도록 형성된 천공 공구로서, 상기 주홈(2a)과 상기 부홈(2b)의 합류부(6)에 단차 (7)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 1에 기재된 천공 공구에 있어서, 상기 단차(7)는 상기 주홈 (2a)과 상기 부홈(2b)의 홈 깊이를 다르게 함으로써 형성된 것을 특징으로 하는 천공 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 1 기재의 천공 공구에 있어서, 상기 단차(7)는 2㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 천공 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 2 기재의 천공 공구에 있어서, 상기 단차(7)는 2㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 천공 공구.

또한, 청구항 3 기재의 천공 공구에 있어서, 상기 단차(7)는 주홈(2a)의 홈 깊이의 70% 이하인 것을 특징으로 하는 천공 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 4 기재의 천공 공구에 있어서, 상기 단차(7)는 주홈(2a)의 홈 깊이의 70% 이하인 것을 특징으로 하는 천공 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 천공 공구에 있어서, 상기 주홈(2a) 혹은 상기 부홈(2b)의 비틀림각을 공구 선단측과 공구 기단측에서 다르게 함으로써, 상기 주홈(2a)과 상기 부홈(2b)을 합류시킨 것을 특징으로 하는 천공 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 천공 공구에 있어서, 상기 합류부(6)는 공구 선단으로부터 상기 주홈(2a)의 홈 길이 l의 50%이하의 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 7 기재의 천공 공구에 있어서, 상기 합류부(6)는 공구 선단으로부터 상기 주홈(2a)의 홈 길이 l의 50% 이하의 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 8 기재의 천공 공구에 있어서, 윤활성 피막이 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 9 기재의 천공 공구에 있어서, 윤활성 피막이 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 10 기재의 천공 공구에 있어서, 상기 윤활성 피막으로서 비정질 탄소 피막이 채용되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 11 기재의 천공 공구에 있어서, 상기 윤활성 피막으로서 비정질 탄소 피막이 채용되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 12 기재의 천공 공구에 있어서, 공구의 직경이 0.7mm 이하인 것을 특징으로 하는 천공 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 13 기재의 천공 공구에 있어서, 공구의 직경이 0.7mm 이하인 것을 특징으로 하는 천공 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 12 기재의 천공 공구에 있어서, 공구의 직경이 0.4mm 이하인 것을 특징으로 하는 천공 공구에 관한 것이다.

또한, 청구항 13 기재의 천공 공구에 있어서, 공구의 직경이 0.4mm 이하인 것을 특징으로 하는 천공 공구에 관한 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같이 구성되었기 때문에, 칩의 감겨 붙음을 방지할 수 있고, 직경이 0.7mm 이하, 특히 0.4mm 이하의 소경 드릴이어도, 절손 수명이 길고 안정된 천공 가공이 실현 가능한 극히 실용성이 뛰어난 천공 공구로 된다.

도 1은 PCB용 드릴의 개략 설명 측면도이다.
도 2는 종래 예의 확대 개략 설명도이다.
도 3의, (a)는 드릴의 날부(C)의 기단부 근방에서의 칩의 감겨 붙은 찌꺼기를 예시하는 사진이고, (b)는 맞댐판상에 낙하한 칩 덩어리를 예시하는 사진이다.
도 4는 본 실시예의 날부의 개략 설명도이다.
도 5는 도 4의 선단부분의 확대 개략 설명도이다.
도 6은 도 5(b)의 A-A단면도이다.
도 7은 실험 결과를 나타내는 표 및 그래프이다.
도 8은 비교예 1의 칩의 감겨 붙음 상태 및 가공 후의 맞댐판을 나타내는 사진이다.
도 9는 비교예 2의 칩의 감겨 붙음 상태를 나타내는 사진이다.
도 10은 실시예 1의 칩의 감겨 붙음 상태 및 가공 후의 맞댐판을 나타내는 사진이다.

호적하다고 생각하는 본 발명의 실시형태를, 도면에 의거하여 본 발명의 작용을 나타내어 간단하게 설명한다.

천공 가공시에 공구 선단부에서 생긴 칩이 칩 배출 홈을 따라서 배출될 때, 주홈(2a)과 부홈(2b)의 합류부(6)에서 칩끼리 충돌함으로써, 또한, 주홈(2a)과 부홈(2b)의 합류부(6)의 단차(7)에 의해, 합류부(6)에서 칩이 (공구 직경 방향으로) 강제적으로 비산되어, 공구 기단부까지 도달하기 어려워지기 때문에, 공구 기단부에서의 칩의 감겨 붙음이 방지된다.

[실시예]

본 발명의 구체적인 실시예에 대해서 도 4 내지 도 10에 의거하여 설명한다.

본 실시예는, 공구 본체(1)의 선단에 1개 혹은 복수의 절단날이 설치되고, 이 공구 본체(1)의 외주에 공구 선단으로부터 기단측을 향하는 복수의 나선 형상의 칩 배출 홈이 형성되고, 이 복수의 칩 배출 홈은 적어도 1개의 주홈(2a)과 1개의 부홈(2b)을 포함하며, 상기 주홈(2a)의 도중부에 1개 혹은 복수의 부홈(2b)이 합류하도록 형성된 천공 공구로서, 상기 주홈(2a)과 상기 부홈(2b)의 합류부(6)에 단차 (7)가 형성되어 있는 것이다.

구체적으로는, 본 실시예는, 공구 직경이 0.075mm이고 홈 길이 l이 1.2mm인 주홈(2a)과 이 주홈(2a)에 합류하는 부홈(2b)이 1조씩 형성되고, 이 주홈(2a) 및 부홈(2b)의 레이크면과, 상기 공구 본체(1)의 선단 플랭크(제1 플랭크)과의 교차 능선부에는 각각 상기 공구 본체(1)와 일체로 절단날이 형성된 드릴로서, PCB의 천공 가공에 사용되는 것이다.

이 PCB의 천공 가공은, 예를 들면, 후술하는 실험예와 같이, 난삭재(難削材)인 반도체 패키지용의 PCB(기판: 두께 0.1mm/표리 양면 Cu층)를 5매 겹치며, 그 상면(上面)에 맞댐판으로서 두께 0.1mm의 수지 부착 알루미늄판을 얹어놓고, 관통구멍 가공을 할 수 있도록 상기 PCB의 하면(下面)에는 버림 판(cope plate)으로서 일반적으로 사용되고 있는 두께 1.5mm의 종이 페놀재를 배치한 상태로 행하여진다. 맞댐판의 두께는 0.04∼1.0mm의 범위에서 적절히 설정한다. 또한, 두께 0.1mm 정도의 PCB의 Cu층의 두께는 통상 2∼80㎛ 정도이다.

한편, 본 실시예에 있어서는 2개의 절단날과 2개의 칩 배출 홈{1개의 주홈 (2a)과 1개의 부홈(2b)}을 갖는 드릴(2매 날 드릴)에 대해 설명하지만, 주홈측에만 절단날을 설치한 1매 날 드릴이나, 3매 날 이상의 드릴(예를 들면 1개의 주홈과 2개의 부홈을 갖는 것)의 경우도 마찬가지이다.

더 구체적으로는, 상기와 같은 조건의 경우에, 상술의 칩의 감겨 붙은 찌꺼기가 발생하기 쉽기 때문에, 이를 해결할 수 있도록 도 2에 나타낸 공구를 개량한 것으로, 공구 본체(1)에 비정질 탄소 피막을 피복하고, 드릴의 주홈(2a)에 제1 비틀림각 α₁을 갖는 제1 비틀림 영역(3)과 제1 비틀림 영역(3)의 공구 기단측에 연설되어 제1 비틀림각 α₁보다 큰 제2 비틀림각 α₂를 갖는 제2 비틀림 영역(4)을 형성하고{부홈(2b)의 비틀림각 α₃은 일정}, 주홈(2a)과 부홈(2b)을 합류시킨 것이다{도 4, 5 참조. 아울러, 도 5(a) 내지 도 5(c)는 도 4의 선단부분을 각각 다른 회전 위상에서 본 것이다.}

또한, 주홈(2a)이 아니라 부홈(2b) 또는 주홈(2a) 및 부홈(2b)의 쌍방에 제1 비틀림 영역과 제2 비틀림 영역을 형성하여 합류(연설)시키는 구성으로 해도 좋고, 주홈(2a) 또는 부홈(2b)의 비틀림각을 공구 기단측을 향하여 서서히(곡선적으로) 변화시킴(크게 함)으로써 합류시키는 구성으로 해도 좋으며, 처음부터 주홈(2a) 및 부홈(2b)의 비틀림각을 바꾸어 둠으로써 합류시키는 구성으로 해도 좋다.

또한, 주홈(2a)과 부홈(2b)의 합류부(6)에서의 단차(7)는, 칩의 비산 효과를 목적으로 하여 주홈(2a)과 부홈(2b)의 홈 깊이를 다르게 함으로써 형성되는 것으로, 주홈(2a)과 부홈(2b)의 홈 깊이는 어느 쪽이 깊어도 좋고, 한정되는 것은 아니다. 구체적으로는, 주홈(2a)의 홈 깊이{주홈 깊이, 주홈(2a)의 공구 반경방향 최심(最深) 거리} X를 부홈(2b)의 홈 깊이(부홈 깊이, 부홈(2b)의 공구 반경 방향 최심 거리) Y보다 깊게 함으로써 단차(7)를 형성하는 경우, 합류부(6)에서 합류하려 하는 칩끼리가 부딪쳐 합류하지 못하고, 칩이 직경 방향으로 비산하게 된다. 또한, 부홈(2b)의 홈 깊이 Y를 주홈(2a)의 홈 깊이 X보다 깊게 함으로써 단차(7)를 형성하는 경우, 합류부(6)에서 부홈(2b)이 없어져 칩이 주홈(2a)의 벽에 부딪혀, 배출할 공간이 없어져, 칩이 직경 방향으로 비산하게 된다.

또한, 본 실시예에 있어서는, 이하에 상세하게 기술한 숫돌자국에 의한 절손의 위험성을 회피하기 위해, 부홈(2b)의 홈 깊이 Y를 주홈(2a)의 홈 깊이 X보다 얕게 함으로써 단차(7)를 형성하고 있다{도 5(b)의 A-A단면도를 나타내는 도 6 참조}.

이 단차(7)는 2㎛ 이상이고 주홈(2a)의 홈 깊이 X의 70% 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기 단차(7)가 2㎛ 미만이면, 제조상 주홈(2a)에 숫돌자국이 생길 가능성이 높고, 이 숫돌자국에 응력이 집중하여 절손의 기점이 될 수 있어, 절손의 가능성이 높아지며, 또한 공구의 강성 열화에 의해 구멍 위치 정밀도에 영향을 주어 버린다. 본 실시예 1에서는 상기 단차(7)를 3㎛{주홈(2a)의 홈 깊이 X의 37%}로, 본 실시예 2에서는 5.2㎛{주홈(2a)의 홈 깊이 X의 64%}로 설정되어 있다. 또한, 상기 단차(7)가 주홈(2a)의 홈 깊이 X의 70%보다 크면, 부홈(2b)이 너무 얕아 지기 때문에, 필요 최저한의 칩 배출성을 저해할 가능성이 있어, 바람직하지 않다{도 7에는 도시하지 않지만, 단차(7)를 주홈(2a)의 홈 깊이 X의 74%로 설정한 드릴의 실험 결과에서는 절손되었다}.

또한, 본 발명에 있어서는 주홈(2a)과 부홈(2b)의 합류 시작점(공구 선단으로부터 Ｏ의 위치)으로부터 합류 종료점(공구 선단으로부터 P의 위치)까지의 영역을 합류부(6)로 하고 있다. 또한, 본 발명에서 단차(7)의 측정 위치는, 주홈(2a)과 부홈(2b)의 합류 시작점과 합류 종료점의 중간 위치 Q인 합류(연설) 중심점의 위치이다.

또한, 합류부(6)의 기단 위치{주홈(2a)과 부홈(2b)의 합류 종료점}가 공구 선단으로부터 주홈(2a)의 홈 길이 l의 50% 이하의 위치에 형성되도록 제1 비틀림 영역(3) 및 제2 비틀림 영역(4)의 각 비틀림각 및 연설 위치를 설정한다. 이 경우, 공구 선단으로부터 홈 길이 l의 50%를 넘는 영역에서는 홈이 1개로 되어 강성이 높아지고, 구멍 위치 정밀도가 향상된다. 합류부(6)를 공구 선단으로부터 주홈(2a)의 홈 길이 l의 50%보다 후방(기단측)의 위치에 형성한 경우, 홈 용적이 커지고, 공구의 강성이 열화되어, 구멍 위치 정밀도가 악화되거나 절손의 가능성이 높아진다. 본 실시예에서는, 합류부(6)의 기단 위치가 공구 선단으로부터 홈 길이 l의 32%의 위치로 되도록 설정되어 있다.

각 부를 구체적으로 설명한다.

이 드릴은, 기재(基材)로서는, WC를 주성분으로 하는 경질 입자와 Co를 주성분으로 하는 결합재로 이루어지는 초경합금제로서, 이 초경합금의 WC입자의 평균 입경이 0.1㎛∼2㎛이고 Co함유량이 중량%으로 5∼15%인 것이 채용되어 있으며, 적어도 공구 본체(1)의 칩 배출 홈에 비정질 탄소 피막이 피복되어 있다. 비정질 탄소 피막은 경질이기 때문에 공구의 마모를 억제하고, 또한 높은 윤활성을 갖기 때문에 칩이 칩 배출 홈을 따라서 공구 본체(1)의 기단부로 배출되기 쉽게 되어 칩 막힘을 방지하고 절손되지 않게 된다.

또한, 본 실시예에 있어서는, 윤활성 피막으로서, 탄소 원자를 주체로서 구성되어 비커스 경도가 3000 이상인 고경도의 비정질 탄소(DLC)로 이루어지는 비정질 탄소 피막을 채용하고 있지만, 비커스 경도가 2000 이상이면, 비교적 낮은 경도의 비정질 탄소(DLC) 혹은 DLC와 타 물질(예를 들면 금속)의 혼합물로 이루어지는 피막을 채용하더라도 좋고, 크롬 질화물 등, 다른 윤활성 피막을 채용해도 좋다.

한편, 본 실시예에 있어서는, 비정질 탄소 피막은 기재 바로 위에 형성되어 있지만, 예를 들면, 기재 바로 위에, 주기율표의 4a, 5a, 6a족 및 Si로부터 선택되는 1종 혹은 2종 이상의 원소로 이루어지는 금속 혹은 반금속으로 이루어지고, 막두께가 200nm 이하 1nm 이상인 하층 피막층(바탕막)을 형성하여, 이 하층 피막층의 위에 상기 비정질 탄소 피막을 형성하는 구성으로 해도 좋다. 또한, 하층 피막층으로서는, 상기 구성에 한하지 않고, 주기율표의 4a, 5a, 6a족 및 Si로부터 선택되는 1종 혹은 2종 이상의 원소와 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와의 화합물로 이루어지는 것을 채용해도 좋다.

또한, 본 실시예에서는 비정질 탄소 피막이나 바탕막의 성막시, 아크이온 플레이팅 방식의 성막장치를 사용했지만, 스퍼터링 방식이나 레이저 어브레이션 방식 등의 PVD 성막장치를 사용해도 좋다.

제1 비틀림각 α₁은 30°∼45°로 설정되어 있다. 비틀림각은, 칩의 배출성과 드릴 강성에 영향을 주어, 비틀림각을 크게 하면 칩 배출성이 향상되지만, 반면, 강성이 저하하는 관계에 있다. 소경 드릴의 경우, 드릴의 내절손성은 강성뿐만 아니라 칩 배출성의 영향을 받기 쉽다. 그 때문에, 직경이 0.7mm 이하, 특히 0.4mm 이하의 드릴의 비틀림각은 크게 설정하는 것이 바람직하고, 40°∼50°로 설정되는 것이 일반적이다.

본 발명자들은, 드릴의 내절손성의 향상을 더 도모하기 위해, 드릴의 강성과 칩 배출성이라고 하는 상반되는 특성을 나타내는 비틀림각에 대해서 연구를 거듭한 결과, 피삭물 상면에 알루미늄판 또는 수지 부착 알루미늄판을 얹어놓는 경우나, 피삭물의 내외층 등에 구리박이 많은 경우에는, 비틀림각을 30°미만으로 하면, 칩 배출성이 악화되어 드릴이 절손되기 쉬워지고, 비틀림각을 45°보다 크게 설정한 경우, 칩 배출성의 향상에 기인하여 내절손성이 향상되지만, 알루미늄이나 구리의 칩이 과도하게 얇고 길게 형성되어 버려, 공구 본체(1)(칩 배출 홈)의 기단부(근원부)에 칩의 감겨 붙은 찌꺼기가 발생하기 쉽다는 것을 알게 되었다.

또한, 본 발명자들은, 비정질 탄소 피막 등의 윤활성 피막을 피복한 드릴의 경우, 비코팅 드릴에 비해 내절손성 향상의 효과는 있지만, 칩의 감겨 붙은 찌꺼기가 현저하게 발생하고, 이 칩의 감겨 붙은 찌꺼기(칩 덩어리)가 맞댐판상에 낙하하여, 낙하한 칩 덩어리에 드릴이 간섭함으로써 구멍 위치 정밀도의 악화나 드릴의 절손 수명이 안정되지 않고 조기에 절손되는 경우가 있다는 것을 밝혀내었다.

이들을 감안하면, 절삭을 행하는 공구 선단의 절단날 부분은 비틀림각(제1 비틀림각 α₁및 부홈(2b)의 비틀림각 α₃)을 45°이하의 각도(30°∼45°)로서 칩 배출성을 확보하는 동시에 발생하는 칩을 짧게 하여 칩이 감겨 붙지 않게 하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 35°∼45°로 설정하면 좋다. 본 실시예에 있어서는 주홈(2a)의 제1 비틀림각 α₁및 부홈(2b)의 비틀림각 α₃은 38°로 설정되어 있다.

제2 비틀림각 α₂는 제1 비틀림각 α₁보다 5°이상 큰 각도로 설정되고, 또한 35°∼65°로 설정되어 있다. 제2 비틀림각 α₂를 제1 비틀림각 α₁보다 크게 함으로써, 칩 배출 홈의 기단측의 칩 배출성이 높아져 내절손성이 향상된다.

또한, 비정질 탄소 피막(윤활성 피막)이 피복된 효과에 의해서 제1 비틀림각 α₁으로 설정되어 있는 제1 비틀림 영역(3)에서의 칩 배출 홈을 따라서 부드럽게 배출되고 있는 칩의 배출 방향을 강제적으로 제2 비틀림각 α₂으로 설정되어 있는 제2 비틀림 영역(4)에서의 칩 배출 홈으로 변화시켜 원심력과의 상승(相乘)효과에 의해서 공구 본체(1)의 바깥쪽으로 비산시켜, 이 점에 있어서도 칩의 감겨 붙음을 방지하여 절손 수명을 길게 안정시키고 있다.

제1 비틀림각 α₁과 제2 비틀림각 α₂의 각도차가 5°미만인 경우는, 칩의 배출 방향을 강제적으로 변화시키는 효과가 저하하여, 비틀림각이 변화하는 것에 의한 칩의 공구 본체(1)의 바깥쪽으로의 비산 효과가 저하한다. 또한, 제2 비틀림각 α₂가 65°보다 크면 공구 본체(1)의 기단부의 강성이 저하하여, 내절손성을 악화시키게 된다.

더 바람직하게는, 제1 비틀림각 α₁과 제2 비틀림각 α₂의 각도차를 10°이상으로 설정하고, 또한, 제2 비틀림각 α₂와 45°∼60°로 설정하면 좋다. 본 실시예에서는, 제2 비틀림각 α₂는, 제1 비틀림각 α₁(38°)과 17°의 각도차로 형성되어 55°로 설정되어 있다.

또한, 칩을 양호하게 배출하기 위해서는, 가능한 한 공구 선단측에서 제2 비틀림각 α₂로 변화하는 것이 바람직하지만, 일반적으로 PCB용의 드릴은 사용후에 선단을 다시 연마하여 사용하기 때문에(재연마), 제1 비틀림 영역(3)과 제2 비틀림 영역(4)과의 연설부(5)는, 연마량을 고려하여 공구 선단으로부터 0.2mm 이상 칩 배출 홈의 홈 길이 l의 50% 이하의 위치로 설정하는 것이 바람직하다.

본 실시예에 있어서는, 제1 비틀림각 α₁과 제2 비틀림각 α₂의 변화점{연설부(5)}이 공구 선단으로부터 홈 길이 l의 20.8%의 위치(C₁)로 되도록 설정되어 있다.

본 발명은 PCB 등의 비철금속계 피삭재의 천공 가공 등에 사용하는 비정질 탄소 피막 등의 윤활성 피막이 피복된 드릴로서 발명된 것이지만, 그 기재(基材)로서는, WC를 주성분으로 하는 경질 입자와 Co를 주성분으로 하는 결합재로 이루어지는 초경합금이, 경도와 인성의 균형이 잡힌 재료이기 때문에 바람직하다.

WC입자의 평균 입경을 너무 작게 하면, 결합재 중에 WC입자를 균일하게 분산시키는 것이 어려워져, 초경합금의 항절력(抗折力) 저하를 일으키기 쉽다. 한편, WC입자를 너무 크게 하면 초경합금의 경도가 저하한다. 또한, Co함유량을 너무 적게 하면 초경합금의 항절력이 저하하고, 반대로 Co함유량을 너무 많게 하면 초경합금의 경도가 저하한다. 그 때문에, WC입자의 평균 입자직경이 0.1㎛∼2㎛이며, Co함유량이 중량%로 5∼15%인 초경합금을 기재로 함이 바람직하다.

또한, PCB 등의 난삭재에 대해서 피막 박리가 없는 안정된 천공 가공을 행하기 위해서는, 기재와 비정질 탄소 피막의 밀착성을 더 높임이 바람직하다. Ti, Cr, Ta 등의 주기율표의 4a, 5a, 6a족 원소 및 Si로부터 선택되는 1종 혹은 2종 이상의 원소로 이루어지는 금속 또는 반금속을 기재 바로 위에 바탕막으로서 성막하고, 그 위에 비정질 탄소 피막을 성막함으로써, 기재와 비정질 탄소 피막의 밀착성을 더 높일 수 있다. 또한, 주기율표의 4a, 5a, 6a족 및 Si로부터 선택되는 1종 혹은 2종 이상의 원소와 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와의 화합물을 기재 바로 위에 바탕막으로서 성막해도 좋다.

바탕막은 기재와 비정질 탄소 피막과의 밀착성을 향상시킬 목적으로 성막되므로, 너무 두꺼워도 의미가 없고, 200nm 이하 1nm 이상의 막두께로 하는 것이 바람직하다.

본 실시예는 상술한 바와 같이 구성되었으므로, 적어도 칩 배출 홈에 비정질 탄소 피막 등의 윤활성 피막을 피복함으로써 칩 배출 홈의 표면 윤활성이 높아지고, 따라서 천공 가공으로 발생한 칩의 전단각이 커져 칩이 얇고 길어지는 동시에, 표면 윤활성이 높기 때문에 칩이 칩 배출 홈을 따라서 공구 본체(1){도 1에서의 날부(C)}의 기단부로 배출되기 쉬워져, 그만큼 칩 막힘이 방지되어, 절손되기 어려워진다.

또한, 공구 선단의 비틀림각 α₁및 α₃을 작게 함으로써, 칩이 너무 얇고 길어지는 것을 방지할 수 있고, 칩이 두껍고 짧아져 공구 본체(1)에 감겨 붙지 않으며, 더욱이 절단날의 날각(lip angle)을 크게 확보할 수 있기 때문에, 절단날의 이빠짐을 막을 수 있고, 구멍 위치 정밀도가 개선되는 동시에 절손되지 않게 된다.

또한, 공구 기단측의 비틀림각 α₂를 크게 함으로써, 칩 배출 홈(2)의 기단측의 칩 배출성이 높아져 내절손성이 향상되고, 또한, 비정질 탄소 피막(윤활성 피막)이 피복된 효과에 의해서 칩 배출 홈(2)을 따라서 원활하게 배출되고 있는 칩의 배출 방향을 강제적으로 변화시켜 원심력과의 상승효과에 의해서 공구 본체(1)의 바깥쪽으로 비산시켜, 칩의 감겨 붙음을 방지하여 절손 수명이 길고 안정된 천공 가공이 실현 가능해진다.

또한, 천공 가공시에 공구 선단부에서 생긴 칩이 칩 배출 홈을 따라서 배출될 때, 주홈(2a)과 부홈(2b)의 합류부(6)에서 칩끼리 충돌함으로써, 또한, 주홈 (2a)과 부홈(2b)의 합류부(6)의 단차(7)에 의해, 합류부(6)에서 칩이 (공구 직경방향으로) 강제적으로 비산되어, 공구 기단부까지 도달하지 않게 되기 때문에, 공구 기단부에서의 칩의 감겨 붙음이 방지되게 된다.

따라서, 본 실시예는, 수지 부착 알루미늄판을 맞댐판으로 사용한 경우에도, 절손되지 않고 또한 칩 배출성도 비약적으로 양호해져서 칩의 감겨 붙음을 방지할 수 있고, 직경이 0.7mm 이하, 특히 0.4mm 이하의 소경 드릴이어도, 절손 수명이 길어 안정된 천공 가공이 실현 가능한 극히 실용성이 뛰어난 천공 공구로 된다.

본 실시예의 효과를 뒷받침하는 실험예에 대해서 설명한다.

도 7은 주홈(2a)을 일정한 홈 깊이 X로 하고, 부홈(2b)의 홈 깊이 Y를 여러 가지 변화시킨 드릴로 천공 가공했을 때의 구멍 위치 정밀도를 평가한 실험 결과를 나타내는 표 및 그래프이다. 이 실험에서 사용한 드릴은, 공구 직경을 0.075mm, (주홈의) 홈 길이 l을 1.2mm로 하고, 비교예 1은 종래의 2매 날 2홈 형상의 드릴(2개의 칩 배출 홈의 비틀림각은 모두 45°로 일정)로 하며, 비교예 2(주홈과 부홈의 합류부에 단차가 없는 예), 실시예 1 및 실시예 2는, 주홈(2a)의 비틀림각 α₁·α₂를 38°∼55°로 하고 부홈(2b)의 비틀림각 α₃을 38°로 일정하게 하며, 그 외, 중심 두께, 선단각 등, 부홈(2b)의 홈 깊이 Y 이외의 사양을 같은 값으로 한다. 또한, 실시예 1 및 실시예 2의 부홈(2b)의 홈 깊이 Y는, 모두 주홈(2a)의 홈 깊이 X보다 얕게 설정하고 있다. 또한 공구 본체(1)에는 비정질 탄소 피막(DLC)을 피복하고 있다.

이 실험에서는, 난삭재인 반도체 패키지용의 PCB(기판: 두께 0.1mm/표리 양면 Cu층)를 5매 겹치고 그 상면에 맞댐판으로서 두께 0.1mm의 수지 부착 알루미늄판을 얹어놓고, 관통구멍 가공을 할 수 있도록 상기 PCB의 하면에는 버림판으로서 일반적으로 사용되고 있는 두께 1.5mm의 종이 페놀재를 배치하였다. 또한 드릴(스핀들)의 회전수를 300krpm, 이송속도를 1.8m/min으로 하고, 설정 히트수를 10,000 히트로 하였다.

도 7과 도 8로부터, 비교예 1은 수명 후반에서 현저한 칩의 감겨 붙음이 발생하고, 맞댐판 진입측에 감겨 붙음의 긁힌 자국이나 감겨 붙은 칩의 낙하가 확인되었다. 그리고, 이들이 맞댐판 진입측 표면에 요철을 형성하고, 드릴의 무는 성질을 열화시켜, 드릴이 굽기 쉬워지는 것이 확인되었다. 한편, 도 7과 도 10으로부터, 실시예 1 및 실시예 2에서는, 공구 기단측에서 홈이 1개로 되기 때문에, 공구 기단측의 강성이 높아, 이러한 문제는 생기지 않고, 드릴이 굽어지지 않음이 확인되고, [주홈·부홈 깊이차(단차)/주홈 깊이]가 70% 이하에서 구멍 위치 정밀도의 개선이 확인되었다. 또한, [주홈·부홈 깊이차(단차)/주홈 깊이]가 70%를 넘으면 구멍 위치 정밀도가 악화되는 것도 확인되었다. 또한, 감겨 붙음 양은, 도 8 내지 도 10으로부터, 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1의 순서로 적어지고, 도시하지 않지만 실시예 2의 감겨 붙음 양은 실시예 1과 동등함이 확인되었다. 따라서, 본 실시예에 의하면 종래의 드릴(비교예 1)에 비하여 감겨 붙음성이 개선됨이 확인되었다.

1 : 공구 본체
2a : 주홈
2b : 부홈
6 : 합류부
7 : 단차
l : 홈 길이

Claims

공구 본체의 선단(先端)에 1개 혹은 복수의 절단날이 형성되고, 이 공구 본체의 외주(外周)에 공구 선단으로부터 기단(基端)측을 향하는 복수의 나선 형상의 칩 배출 홈이 형성되며, 이 복수의 칩 배출 홈은 적어도 1개의 주(主)홈과 1개의 부(副)홈을 포함하고, 상기 주홈의 도중부에 1개 혹은 복수의 부홈이 합류하도록 형성된 천공 공구로서, 상기 주홈과 상기 부홈의 합류부에 단차가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 단차는 상기 주홈과 상기 부홈의 홈 깊이를 다르게 함으로써 형성된 것을 특징으로 하는 천공 공구.
제 1 항에 있어서, 상기 단차는 2㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 천공 공구.
제 2 항에 있어서, 상기 단차는 2㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 천공 공구.
제 3 항에 있어서, 상기 단차는 주홈의 홈 깊이의 70%이하인 것을 특징으로 하는 천공 공구.
제 4 항에 있어서, 상기 단차는 주홈의 홈 깊이의 70%이하인 것을 특징으로 하는 천공 공구.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주홈 혹은 상기 부홈의 비틀림각을 공구 선단측과 공구 기단측에서 다르게 함으로써, 상기 주홈과 상기 부홈을 합류시킨 것을 특징으로 하는 천공 공구.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합류부는 공구 선단으로부터 상기 주홈의 홈 길이의 50%이하의 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구.
제 7 항에 있어서, 상기 합류부는 공구 선단으로부터 상기 주홈의 홈 길이의 50%이하의 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구.
제 8 항에 있어서, 윤활성 피막이 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구.
제 9 항에 있어서, 윤활성 피막이 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구.
제 10 항에 있어서, 상기 윤활성 피막으로서 비정질 탄소 피막이 채용되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구.
제 11 항에 있어서, 상기 윤활성 피막으로서 비정질 탄소 피막이 채용되어 있는 것을 특징으로 하는 천공 공구.
제 12 항에 있어서, 공구의 직경이 0.7mm이하인 것을 특징으로 하는 천공 공구.
제 13 항에 있어서, 공구의 직경이 0.7mm이하인 것을 특징으로 하는 천공 공구.
제 12 항에 있어서, 공구의 직경이 0.4mm이하인 것을 특징으로 하는 천공 공구.
제 13 항에 있어서, 공구의 직경이 0.4mm이하인 것을 특징으로 하는 천공 공구.