KR20140117728A - 초소형 드릴탭 공구 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1~2mm외경의 초소형나사 체결용 나사공을 형성하기 위한 초소형 드릴탭 공구(2)에 관한 것으로, 코발트(Co)가 함유된 고속도강재질로서 HRc 55~70 경도를 갖는 드릴탭 본체(4)를 구비하며 드릴탭 본체(4)에는 1~2mm외경의 초소형나사 체결용 나사공 가공을 위한 드릴날부(6)와 탭부(8)를 선두부에서부터 차례로 형성하되 드릴날부(6)와 탭부(8)에 걸쳐서 칩배출을 위한 홈형태의 칩배출로(10)를 하나 이상으로 연장 형성하고 드릴날부(6)의 날 내각(ω)은 115~125°이고 칩배출로(10)의 헬릭스각이 5~30°로 되게 구성함으로써, 본 발명의 초소형 드릴탭 공구(2)를 이용하면 드릴링작업과 탭핑작업으로 별도 분리 작업하지 않고 일괄로 1~2mm의 아주 작은 나사공을 형성할 수 있다.

Description

초소형 드릴탭 공구 및 그의 제조방법{DRILL TAP FOR FORMING MICRO DIAMETER SCREW TAP AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 공작기구용 공구에 관한 것으로, 특히 휴대폰 내장 케이스나 안경에 주로 사용되는 1~2mm외경의 초소형나사 체결용 나사공을 형성하기 위한 초소형 드릴탭 공구 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 나사체결을 위한 나사공을 목적물에 형성하기 위해서는 드릴을 이용한 드릴링작업과 나사탭을 이용한 탭핑작업을 차례로 수행하며, 나사공을 형성하기 위한 다른 일 예로서는 드릴링과 탭핑을 일괄 수행하는 드릴탭을 사용하기도 한다.

드릴탭은 선두측에 드릴날부가 있고 드릴날부에 연이어진 후측에 탭부가 형성되어 있다. 이러한 드릴탭을 수직가공머신에 장착하면 한 번의 작업으로 나사공을 바로 형성할 수 있다. 즉 드릴탭의 드릴날부가 탭핑전 기초구멍을 형성하고 드릴탭의 탭부가 바로 직전에 형성된 기초구멍에 나사내기를 함으로써 나사공이 일괄 형성되는 것이다.

한편 스마트폰과 같은 휴대용 기기가 점차 소형화되면서 그 기기에 사용되는 체결 나사도 초소형화되고 있다. 체결 나사가 심지어는 1~2mm의 나사 외경을 가질 정도로 초소형으로 제작되고 있는바, 그 체결 나사를 수용하기 위해서는 나사공 역시도 초소형 직경으로 형성된다. 예컨대 스마트폰에서는 폰케이스 내부에 인쇄회로기판이나 쉴드캔 등이 실장이 되는데, 폰케이스에 인쇄회로기판이나 쉴드캔을 고정하기 위해 초소형의 나사공이 형성되고 있다. 휴대용 기기 이외의 다른 제품으로서 안경본체와 안경다리를 연결하는 연결부 힌지 등에도 1~2mm의 나사를 수용하는 나사공이 형성된다.

나사공을 일괄 형성하는 드릴탭은 여러모로 요긴하다.

하지만 1~2mm의 나사외경을 갖는 체결나사용과 같은 아주 작은 나사공을 형성하는데에는 드릴탭을 아직까지 적용하질 못하고 있다. 즉 현재까지는 1~2mm의 나사외경을 갖는 체결나사용 나사공을 형성하는데에는 드릴을 이용한 드릴링작업과 나사탭을 이용한 탭핑작업을 차례로 실시해야만 한다는 것이다. 이는 1~2mm 직경의 초소형 드릴탭은 작업시 절삭부하를 많이 받아서 작업중 부러지거나 나사탭을 제대로 형성하질 못하는 등의 심각한 문제가 있기 때문이다.

대한민국 특허공개공보 제10-2010-0133250호 "드릴링 및 탭핑 겸용 수직가공장치"

따라서 본 발명의 목적은 1~2mm의 나사외경을 갖는 초소형 나사용 나사공을 분리작업 없이 일괄로 형성할 수 있는 초소형 드릴탭 공구 및 그의 제조 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적에 따라 본 발명은, 1~2mm외경의 초소형나사 체결용 나사공을 형성하기 위한 초소형 드릴탭 공구에 있어서, 코발트가 함유된 고속도강재질로서 HRc 55~70 경도를 갖는 드릴탭 본체(4)를 구비하며 드릴탭 본체(4)에는 1~2mm외경의 초소형나사 체결용 나사공 가공을 위한 드릴날부(6)와 탭부(8)를 선두부에서부터 차례로 형성하되 드릴날부(6)와 탭부(8)에 걸쳐서 칩배출을 위한 홈형태의 칩배출로(10)를 하나 이상으로 연장 형성하고 드릴날부(6)의 날 내각(ω)은 115~125°이고 칩배출로(10)의 헬릭스각이 5~20°로 되게 구성함을 특징으로 하는 초소형 드릴탭 공구(2)이다.

상기의 초소형 드릴탭 공구(2)를 구성함에 있어, 탭부(8)의 길이는 드릴날부(6)의 길이보다 길며, 드릴날부(6)와 탭부(8)에 연장 형성된 칩배출로(10)의 헬릭스각이 8~12°이 되게 구성한다.

또한 1~2mm외경의 초소형나사 체결용 나사공을 형성하기 위한 본 발명의 초소형 드릴탭 공구의 제조 방법에 있어서, 코발트가 함유된 고속도강재질로서 2.5~3.5mm 직경의 원통형 드릴탭 모재를 선반을 이용해 선삭 작업하되, 지주와 드릴날부 및 탭부를 위한 외경작업을 먼저 하고 다음으로 드릴날부와 탭부의 외경부분에 헬릭스각 5~30°의 칩배출로를 연장형성하며 마지막으로 탱부를 형성하여서 드릴탭 중간재를 얻는 과정과, 상기 드릴탭 중간재를 진공 열처리하여서 HRc 55~70의 경도를 갖게 하는 과정과, 열처리된 드릴탭 중간재를 센터레스 연삭기를 이용한 자루부와 공구부에 대한 원통 연삭으로 정밀 가공을 수행하는 과정과, CNC공구연삭기를 이용해서 원통 연삭된 드릴탭 중간재의 공구부에 날 내각(ω)이 115~125°인 드릴날부와 드릴날부에 연이어진 탭부를 형성하여 초소형 드릴탭을 얻는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명은 1~2mm의 나사외경을 갖는 초소형 나사를 체결하기 위한 나사공을 형성하는데 있어 드릴링작업과 탭핑작업으로 분리해서 작업하지 않고 본 발명에서 구현한 초소형 드릴탭 공구를 이용하여서 일괄로 형성할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 초소형 드릴탭 공구의 사시 구성도,
도 2의 도 1의 요부 확대 구성도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 초소형 드릴탭 공구의 저면 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 1~2mm외경의 초소형나사 체결용 나사공을 일괄 형성할 수 있는 초소형 드릴탭 공구를 제조하기 위한 절차도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 1~2mm외경의 초소형나사 체결용 나사공을 드릴링작업과 탭핑작업으로 별도 분리하지 않고 한꺼번에 일괄 가공할 수 있는 초소형 드릴탭 공구(2)를 도시한 것이다. 도 1은 본 발명의 초소형 드릴탭 공구(2)의 사시 구성도이고, 도 2의 도 1의 요부 확대 구성도이며, 도 3은 본 발명의 초소형 드릴탭 공구(2)의 저면 구성도이다.

1~2mm외경의 초소형나사를 체결하기 위한 나사공을 피삭재인 목적물에 형성하기 위한 본 발명의 초소형 드릴탭 공구(2)는 도 1에서와 같이, 원통형 드릴본체(4)의 선두부에서부터 드릴날부(6)와 탭부(8)를 차례로 형성하되 드릴날부(6)와 탭부(8)에는 칩배출을 위한 홈형태의 칩배출로(10)를 하나 이상으로 도 1 내지 도 3에서의 바람직한 일 예처럼 두 개의 칩배출로(10)를 연장형성한다. 그리고 드릴본체(4)의 후미부에는 탱부(tang part)(4a)가 형성되게 구성한다.

본 발명에서의 초소형 드릴탭 공구(2)는 1~2mm 직경의 아주 적은 나사공을 드릴링과 탭핑 동시 작업으로 가공할 수 있어야 하므로 작업시 공구에 상당한 부하가 걸려서 공구부가 쉽게 부러질 수 있으며 또 드릴날부(6)의 드릴링과 탭부(8)의 탭핑에 의해 생기는 스프링형태의 절삭칩이 탭부(8)의 나사산을 손상시키게 되므로 이에 대한 대책이 반드시 강구해야 한다.

본 발명에서는 드릴링과 탭핑이 동시 진행됨에 따른 상당한 부하를 1~2mm직경을 갖는 공구부분이 견뎌내도록 하기 위해서 본 발명의 초소형 드릴탭(2)의 재질을 코발트(Co)가 함유된 고속도강 재질로 한다.

드릴 재질의 종류에는 고속도강(SKH)과 합금공구강(SKS)이 주로 있으며, 고속도강을 사용할 경우에는 SKH 58종을 일반적으로 사용한다. 본 발명에서는 SKH 59종 즉 HSS-Co를 사용한다. HSS-Co는 HSS(high speed steel)탄소 공구강에 특수원소 W, Cr, Mo, V, Co중 Co(코발트)를 예컨대 8% 첨가한 고속도강으로서 금속의 절삭 능력이 일반 탄소공구강에 비해 수배 빠르고 고온경도가 크므로 절삭시 외부의 충격에 아주 강한 특징이 있다.

또 본 발명에서 드릴탭 재료로 선정한 SKH 59종인 HSS-Co재질이 원래 로크웰경도 HRc 20 내외의 경도를 갖는데, 본 발명에서는 이를 진공 열처리를 통해서 경도를 HRc 60~70경도까지 높인다. 본 발명의 초소형 드릴탭 공구(2)가 HRc 60~70의 높은 경도를 갖게 됨에 따라 절삭능력과 내충격성이 우수할 뿐만 아니라 공구부 직경이 1~2mm로 아주 가늘게 형성됨에도 불구하고 초소형 드릴탭(2)의 수명을 기존에 사용되는 굵은 굵기의 드릴탭에 버금가거나 그 이상으로 연장시킬 수 있다.

그리고 본 발명에서는 초소형 드릴탭 공구(2)를 구성함에 있어 드릴날부(6)의 길이는 피삭재인 목적물의 요구 두께에 충분히 부응하도록 형성하고 드릴날부(6)에 이어지는 탭부(8)의 길이는 드릴날부(6)의 길이보다 더 길게 형성한다.

또 드릴날부(6)의 직경은 탭부(8)의 나사외경 직경의 70~80%범위로 형성한다. 예를 들면, 탭부(8)의 나사외경 직경이 1.4mm이면 드릴날부(6)의 직경은 1.07mm이다.

본 발명에서의 1~2mm직경의 나사공을 일괄 형성하는 초소형 드릴탭 공구(2)를 구성함에 있어 중요한 요소에 포함되는 것으로 드릴날부(6)의 날 내각(ω)과 드릴날부(6)와 탭부(8)에 연장 형성된 칩배출로(10)의 헬릭스각을 유의적(有意的)으로 정하는 것임을 본원 발명자가 수많은 실험을 반복하면서 확인하였다.

먼저 본 발명에서는 초소형 드릴탭 공구(2)의 드릴날부(6)의 날 내각(ω)을 115~125°로 형성한다. 상기 날 내각(ω)이 115°미만이면 날 센터지점이 약해져 드릴날부(6)의 선단이 부러지기 쉬우며 상기 날 내각(ω)이 125°를 초과하면 드릴지점을 잡기가 힘들뿐 아니라 드릴 접촉부하가 커져서 절삭력이 떨어지고 절삭 정밀도 또한 떨어진다는 데에, 본 발명의 드릴날부(6)의 날 내각(ω)이 갖는 범위의 임계적인 의의가 있다.

본 발명에서 드릴날부(6)의 날 내각(ω)은 피삭재(목적물)의 소재강도에 따라 정해진 범위 내에서 달라지는데 피삭재의 소재강도가 스텐레스스틸처럼 강할수록 날 내각(ω)이 범위 내에서 커지고 그 소재강도가 마그네슘재질처럼 약할수록 날 내각(ω)이 범위 내에서 적어지게 한다.

또한 본 발명에서 초소형 드릴탭 공구(2)를 구성함에 있어 드릴날부(6)와 탭부(8)에 연장 형성되는 홈형태의 칩배출로(10)는 도 1 내지 도 3에서 도시된 일 예에서와 같이 두 개가 형성되며, 그 헬릭스각(helix angle)은 5~30°, 더욱 바람직하게는 8~12°로 형성한다.

상기 헬릭스각은 비틀림각을 의미하며 헬릭스각이 클수록 절삭성이 양호하며 절삭저항이나 충격도 작아지나, 본 발명에서의 헬릭스각이 상한각도인 30°를 초과하게 되면 절삭칩이 스프링처럼 꼬여 나오면서 탭부(8)의 나사산을 손상시키게 되며, 헬릭스각이 하한각도인 5°미만이 되면 절삭저항 및 충격이 커져서 드릴탭을 부러뜨리게 한다는 데에 그 임계적 의의가 있다.

한편 전술한 바와 같은 본 발명의 1~2mm외경의 초소형나사 체결용 나사공을 형성하기 위한 본 발명의 초소형 드릴탭 공구(2)는 하기와 같은 절차를 통해서 제조된다.

도 4는 본 발명에 따른 1~2mm외경의 초소형나사 체결용 나사공을 일괄 형성할 수 있는 초소형 드릴탭 공구(2)를 제조하기 위한 절차도이다.

도 4를 참조하여 초소형 드릴탭 공구(2)의 제조 과정을 상세히 설명하면, 먼저 S100단계에서와 같이 코발트(Co)가 함유된 고속도강재질로서 2.5~3.5mm 직경의 원통형 드릴탭 모재를 CNC(computer numerical control) 자동선반을 이용해 선삭 작업을 하여서 드릴탭 중간재를 얻는다.

CNC자동선반을 이용하는 S100단계에서의 선삭 작업을 보다 구체적으로 설명하면, 상기 원통형 드릴탭 모재를 외경작업을 수행하여서 지주와 드릴날부 및 탭부에 대응하는 외경부분을 먼저 마련하고, 그 다음으로는 드릴날부(6)와 탭부(8)의 외경부분에 헬릭스각이 5~30°인 두 개의 칩배출로(10)를 형성한다. 그리고 마지막으로는 드릴탭 모재의 후미부에 탱부(4a)를 형성하여서 드릴탭 중간재를 얻는 것이다.

S100단계의 선삭작업이 끝나면, S102단계로 진행하여서 상기 드릴탭 중간재를 진공 열처리하여서 로크웰경도 HRc 20인 드릴탭 중간재가 로크웰경도 HRc 55~70의 높은 경도를 갖도록 한다.

열처리가 끝난 다음에는 S104단계에서와 같이, 열처리된 드릴탭 중간재를 센터레스 연삭기를 이용한 자루부와 공구부에 대한 원통 연삭을 수행하여서 정밀 가공함으로써 열처리된 드릴탭 중간재의 자루부와 공구부가 소원하는 외경치수가 되게 한다.

그리고 맨 마지막으로서 S106단계에서는, CNC공구연삭기를 이용해서 원통 연삭된 드릴탭 중간재의 공구부에 도 2에 도시된 바와 같은 날 내각(ω)이 115~125°인 드릴날부(6)와 이 드릴날부(6)에 연이어진 나사 피치 0.2~0.4mm의 탭부(8)를 형성함으로써 도 1과 같은 본 발명의 초소형 드릴탭 공구(2)를 얻는다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

(2)-- 초소형 드릴탭 공구
(4)-- 드릴탭 본체
(4a)-- 탱부
(6)-- 드릴날부
(8)-- 탭부
(10)-- 칩배출로
(ω)-- 드릴날부(6)의 날 내각

Claims (3)

1~2mm외경의 초소형나사 체결용 나사공을 형성하기 위한 초소형 드릴탭 공구에 있어서,
코발트가 함유된 고속도강재질로서 HRc 55~70 경도를 갖는 드릴탭 본체(4)를 구비하며 드릴탭 본체(4)에는 1~2mm외경의 초소형나사 체결용 나사공 가공을 위한 드릴날부(6)와 탭부(8)를 선두부에서부터 차례로 형성하되 드릴날부(6)와 탭부(8)에 걸쳐서 칩배출을 위한 홈형태의 칩배출로(10)를 하나 이상으로 연장 형성하고 드릴날부(6)의 날 내각(ω)은 115~125°이고 칩배출로(10)의 헬릭스각이 5~30°로 되게 구성함을 특징으로 하는 초소형 드릴탭 공구.

제1항에 있어서, 탭부(8)의 길이는 드릴날부(6)의 길이보다 길며, 드릴날부(6)와 탭부(8)에 연장 형성된 칩배출로(10)의 헬릭스각이 8~12°임을 특징으로 하는 초소형 드릴탭 공구.

1~2mm외경의 초소형나사 체결용 나사공을 형성하기 위한 초소형 드릴탭 공구의 제조 방법에 있어서,
코발트가 함유된 고속도강재질로서 2.5~3.5mm 직경의 원통형 드릴탭 모재를 선반을 이용해 선삭 작업하되, 지주와 드릴날부 및 탭부를 위한 외경작업을 먼저 하고 다음으로 드릴날부와 탭부의 외경부분에 헬릭스각 5~30°의 칩배출로를 연장형성하며 마지막으로 탱부를 형성하여서 드릴탭 중간재를 얻는 과정과,
상기 드릴탭 중간재를 진공 열처리하여서 HRc 55~70의 경도를 갖게 하는 과정과,
열처리된 드릴탭 중간재를 센터레스 연삭기를 이용한 자루부와 공구부에 대한 원통 연삭으로 정밀 가공을 수행하는 과정과,
CNC공구연삭기를 이용해서 원통 연삭된 드릴탭 중간재의 공구부에 날 내각(ω)이 115~125°인 드릴날부와 상기 드릴날부에 연이어진 탭부를 형성하여 초소형 드릴탭을 얻는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 초소형 드릴탭 공구의 제조 방법.

Images