KR20240039402A - 소경 천공 다이아몬드 공구 - Google Patents

Abstract

본 발명의 가공물의 소경 천공 다이아몬드 공구는 가공물의 경도보다 낮은 소경의 코어나 와이어와, 상기 코어나 와이어에 길이방향으로 전착된 다수층의 다이아몬드 지립 금속층을 포함하므로, 공구의 수명을 연장하고 공구의 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

소경 천공 다이아몬드 공구{A diamond tool for drilling a small hole}

본 발명은 다이아몬드 공구, 특히 Si, SiC, 세라믹 부품, 웨이퍼 등에 알맞는 소경 천공 다이아몬드 공구에 관한 것이다.

직경이 3mm이하의 Si, SiC, 세라믹 부품, 웨이퍼 등을 미세 홀(소경)을 가공하기 위한 공구로서 소결 및 전착 다이아몬드 공구(바) 등이 있다. 이들의 사용 교체 주기가 긴 즉 수명이 길고, 가공성이 좋은 다이아몬드 공구가 발전되고 있다.

이들 다이아몬드 공구의 한 예로서는 공개번호 10-1997-0033673(공개일자 1997년07월22일)의 발명의 명칭, "소경심공 가공에 필요한 다이아몬드 코어 드릴 생크 및 그 제조 방법"이 있다. 이 특허공개문헌과 가장 유사한 도면을 종래 기술의 도면으로 도 1에 도시하였다. 여기서 알 수 있듯이, 드릴용 생크(바)의 끝단에 다이아몬드 소결체를 납땜하거나, 다이아몬드 파우더를 니켈 전기도금법을 이용하여 전착시킨 것이다.

이 특허공개 문헌에서는 다이아몬드 소결체 또는 전착체를 지탱하기 위해서 고 강도의 금속, 예를 들어, 하이스강, 스테인레스강, 초경합금 등을 사용하고 있다. 소결체의 경우, 선단부의 두께는 약 0.5 내지 1mm이므로, 소결체 제작과 납땜이 현실적으로 어려고 고비용이라 직경 2mm이내의 공구에 적용하기가 쉽지 않다. 또한 전착체의 경우 선단부 두께는 약 10 내지 100 ㎛ 정도이며, 단층 다이아몬드로 형성되어 있다. 따라서 선단부의 두께가 가공중에 연마되어 나가면, 가공물인 유리나 세라믹과 생크가 만나게 되면 가공물이 파손되어 버린다. 이를 방지하기 위해서 선단부의 두께가 임의 한계점까지 연마되면, 다이아몬드 공구를 교체하여야 한다.

다음으로, 일본공개특허 1989-171712의 발명의 명칭, "미세 홀의 가공법 및 이의 가공용 드릴"이 있다. 이 공개 특허는 원기둥 형상의 합금의 외주에 다이아몬드 파우더를 고착한 전착 인터널 다아이몬드 공구의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 드릴 본체부의 절삭날 둘레면 상에 초연마 분말(다이아몬드 파우더 또는 입방정 질화붕소 파우더)을 식설한 트위스트 드릴을 개시하고 있다. 드릴 본체부를 니켈 하지층(2)을 형성하고 다아아몬드 파우더지그내에 넣고 지그에 침지한 후, 니켈을 접착물로 이용해 전착고착했다. 이 경우에도 드릴 본체부는 강성을 보다 높이기 위해서 종래의 피아노선 대신에 하이스 또는 초경합금을 사용하고 있고, 다이아몬드 파우더(지립)의 직경의 60~70%의 도금 두께 될 때까지 니켈 도금을 형성한다.

도 2에 도시한 바와 같이 다이아몬드 지립(3)은 드릴 본체부(1)의 절삭날 둘레면에 단지 단층으로 쌓이게 된다. 이 공개 특허에서는 이전 종래 특허와 동일하게, 하단부의 다이아몬드 지립(3)이 연마되어 나가면, 고강도의 드릴본체부가 가공물에 닿기 때문에, 더 이상 천공하기 어렵다. 따라서 천공 작업에 대한 수명은 짧지만, 천공된 홀의 리머 가공등에 사용할 수 있을 뿐이다.

따라서, 가공물을 소경 천공함에 있어서 다이아몬드 공구의 강도와 수명을 모두 고려한 기술이 간절히 요구되고 있다.

본 발명의 과제는 상기 종래 기술의 문제점을 해결하고 한층 더 업그레이트된 소경 천공 다이아몬드 공구를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 과제는 수명이 길고 직진성이 우수한 소경 천공 다이아몬드 공구를 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 과제를 달성하기 위한 수단으로, 가공물의 소경 천공 다이아몬드 공구로서, 상기 가공물의 경도보다 낮은 소경의 코어나 와이어와, 상기 코어나 와이어에 길이방향으로 전착된 다수층의 다이아몬드 지립 금속층을 포함하는 소경 천공 다이아몬드 공구를 제공하는 것이다.

양호한 실시 예에서, 상기 코어는 흑연 코어이다.

양호한 실시 예에서, 상기 와이어는 금속 와이어를 포함하며, 금속 와이어는 알루미늄 와이어, 은 와이어, 구리 와이어중 어느 하나이다.

다른 실시 예에서, 다수층의 다이아몬드 지립 금속층으로만 이루어진 측면을 포함하는 소경 천공 다이아몬드 공구를 제공하는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 소경 천공 다이아몬드 공구는 가공물보다 경도가 약한 재질의 코어나 와이어에 다수층의 다이아몬드 지립을 포함하는 도금층을 고착해서 제작되기 때문에, 가공물의 미세 천공 작업시, 수명이 길며, 가공 품질도 향상시키고, 고성능을 낼 수 있다. 따라서, 미세 천공 작업의 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1는 종래 기술의 소경 천공 다이아몬드 공구의 단면도.
도 2는 종래 기술의 설명도.
도 3은 본 발명의 한 실시 예의 설명도.
도 4는 본 발명의 소경 천공 다이아몬드 공구의 실제 확대 사진.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예의 설명도.
도 6는 본 발명의 소경 천공 다이아몬드 공구의 마모현상을 도시하는 순서도.

본 발명의 드릴 비트중 하나인 소경 천공 다이아몬드 공구(10)는 한 실시 예로서 도 3에 도시한 바와 같이, 직경이 0.1내지 1mm 흑연 원통바, 양호하게 샤프심 형상의 코어(11)를 포함한다. 코어(11)를 음극으로, 니켈판을 양극으로해서 코어(11)에 니켈을 도금시키면서 다이아몬드 지립(13)을 니켈 도금층(12) 사이에 고르게 고착시킨 것이다. 니켈을 도금시키면서 다이아몬드 지립(13)를 계속 공급하여, 코어를 제외한 지립 니켈층만으로도 강성이 유지될 수 있는 다이아몬드 지립 니켈 층(12, 13)의 적층 두께를 가지게 한다. 이렇게 해서 다수층의 다이아몬드 지립 니켈 층(12, 13)이 형성된다. 예를 들어 직경이 0.2mm인 코어(11)에 다이아몬드 지립 니켈 층(12, 13)의 두께로 다수층으로 적층하여 0.2mm로 하면, 직경이 0.6mm인 소경 천공 다이아몬드 공구(10)를 제조할 수 있다. 다수층의 다이아몬드 지립 니켈 층(12, 13)은 단층인 경우의 두께 10 내지 100 ㎛에 비해서 현저하게 두껍다. 여기서 니켈을 도금층으로 이용한 것을 개시하고 있으나, 다양한 금속을 도금층으로도 사용할 수 있다. 즉 본 발명의 다이아몬드 지립 금속층에서 본 실시 예에서는 다이아몬드 지립 니켈층을 선택한 것이다.

도 4는 도 3에 도시한 실시 예의 실제 확대도이다. 여기서 알 수 있듯이, 다이아몬드 지립(13)은 니켈 도금층(12)에 골고루 분포되어 고착되어 있으며, 하나의 층이 아니라 다층으로 일정한 두께를 가짐을 알 수 있다.

본 발명의 소경 천공 다이아몬드 공구(10)를 드릴 공구의 척이나 홀더에 끼워서 사용하면 된다. 본 발명의 소경 천공 다이아몬드 공구(10)로 가공물, 예, Si, SiC, 세라믹 부품, 웨이퍼 등을 천공하면, 측면의 다이아몬드 지립(13)이 가공작업하며, 측면의 다이아몬드 지립(13)이 연마되어 떨어져 나가면, 흑연 코어(11)의 끝단과 가공물이 닿게된다. 흑연 코어는 가공물보다 경도가 약하기 때문에 가공물과 닿게 되면 가공물에 어떠한 흔적이나 상처도 남기지 않고 연마되어 버린다. 만약에 흑연 코어(11)가 가공에 영향을 미치면, 천공작업중에 드레싱을 해가면서 작업하면 된다. 여기서 흑연 코어(11)를 갖는 소경 천공 다이아몬드 공구(10)가 가공물을 천공하는데 종래의 철재로 이루어진 드릴 본체부와 같은 충분한 강도를 가져야 한다. 이는 니켈 도금층의 두께에 의해서 충분히 커버될 것이다. 샤프심처럼 드릴 공구의 척이나 홀더에 끼워서 천공작업을 하면, 소경 천공 다이아몬드 공구(10)의 측단부의 다이아몬드 지립(13)과 흑연 코어(11)의 선단부가 연마된다. 흑연은 가공물의 경도에 비해서 약하기 때문에, 천공작업에 어떠한 영향을 주지 않고 떨어져 나간다. 이러한 본 발명은 가공물의 가늘은 홀 가공(즉 3mm 이하의 미세 천공)에 최적이며, 소경 천공 다이아몬드 공구(10)의 수명은 비트의 니켈 도금층의 길이에 비례하게 된다. 통상적으로 종래 기술에 비해서 약 2-10배 정도 수명을 연장할 수 있다. 작업을 중단시키고 소경 천공 다이아몬드 공구를 교체할 주기를 현저하게 줄여서 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한 도 6는 본 발명의 소경 천공 다이아몬드 공구의 작업시간에 따른 마모현상을 도시하는 설명도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 일정 작업시간이 지나면, 선단부가 더욱 뽀족하게 마모되기 때문에, 천공 작업의 능력도 점점 향상된다.

다른 실시 예에서는 흑연 코어(11) 대신에 금속 와이어를 사용하는 것이다. 이 경우에 금속 와이어의 직경이 0.1mm인 경우에, 그 위에 0.2mm 두께로 다이아몬드 지립 니켈 층을 형성한다. 따라서 직경 0.5mm인 소경 천공 다이아몬드 공구(10)를 제작한다. 금속와이어의 경도는 가공물인 유리나 실리콘 등의 것에 비해서 현저하게 낮아야 한다. 이는 가공물의 천공시에 가공물에 상처를 내지 않고 연마되어 나가야 하기 때문이다. 금속 와이어를 사용하면 직진성이 좋다. 예를 들어 가공물 경도에 비해서 금속와이어의 경도가 현저히 낮은 것이 좋다. 금속와이어는 알루미늄 와이어, 은 와이어, 주석 와이어, 구리 와이어 등을 포함한다.

다른 실시 예는 도 5을 참조하면, 도 3에 사용된 흑연 코어(11)나 금속 와이어를 화학적 및 물리적 수단을 통해서 제거한 상태를 도시한다. 한 예로서 니켈 도금층의 융점이 1455 ℃이며, 알루미늄의 융점이 660℃ 이므로, 제작한 소경 천공 다이아몬드 공구의 알루미늄 와이어에 열을 가해서 녹여 제거할 수 있다. 다른 방법으로, 가성소다 액으로 니켈층을 제외한 알루미늄 와이어만을 제거할 수 있다. 이렇게 하면, 코어나 와이어로 인한 작업의 어려움을 완전히 제거할 수 있다. 흑연 코어(11)는 압출작업으로 제거할 수 있다.

이와 같이 코어나 와이어에 다이아몬드 지립(13)을 니켈을 이용해 전착시킨 다수층의 다아아몬드 지립 니켈층(12, 13)을 형성하여, 다이아몬드 지립 니켈층의 두께에 의해 드릴 본체부의 강도를 얻을 수 있다. 니켈도금층외에 브론즈 도금, 주석도금 등의 다양한 물성의 도금을 사용할 경우 드릴의 작업성능과 수명을 개선할 수 있다. 이렇게 해서 만든 소경 천공 다이아몬드 공구를 고속회전시켜 미세 천공 작업을 행한 경우, 다아아몬드 지립 니켈층의 길이에 비례해서 소경 천공 다이아몬드 공구의 수명을 연장할 있고, 다수층의 지립에 의해서, 천공 가공성이 높고, 천공 작업과 동시에 리머 작업도 할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

11: 코어
12:니켈 도금층
13:다이아몬드 지립

Claims (5)

1. 가공물의 소경 천공 다이아몬드 공구로서,
   상기 가공물의 경도보다 낮은 소경의 코어나 와이어와, 상기 코어나 와이어에 길이방향으로 전착된 다수층의 다이아몬드 지립 금속층을 포함하는 소경 천공 다이아몬드 공구.
2. 제1항에 있어서,
   상기 다이아몬드 지립 금속층은 다이아몬드 지립 니켈층, 다이아몬드 지립 브론즈층, 다이아몬드 지립 주석층을 포함하는 소경 천공 다이아몬드 공구.
3. 제1항에 있어서,
   상기 코어는 흑연 코어인 소경 천공 다이아몬드 공구.
4. 제1항에 있어서,
   상기 와이어는 금속 와이어를 포함하며, 상기 금속 와이어는 알루미늄 와이어, 은 와이어, 구리 와이어중 어느 하나인 소경 천공 다이아몬드 공구.
5. 가공물의 소경 천공 다이아몬드 공구로서,
   다수층의 다이아몬드 지립 금속층으로만 이루어진 측면을 포함하는 소경 천공 다이아몬드 공구.