TWI424895B

TWI424895B - Drilling tools

Info

Publication number: TWI424895B
Application number: TW099131861A
Authority: TW
Inventors: Hideo Tsuzaka; Masahide Watanabe; Kiyoaki Ouchi
Original assignee: Union Tool Kk
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2014-02-01
Also published as: JP5066212B2; TW201134580A; JP2011200963A; KR101331752B1; KR20110107746A; CN102198533B; CN102198533A

Description

鑽孔工具

本發明是關於鑽孔工具。

近年來，隨著電子機器之顯著進化，對於印刷配線板之高密度組裝的要求越來越高。因此，例如專利文獻1所揭示般，印刷配線板(PCB)加工用的鑽孔工具不斷朝小徑化發展，現在已進入刃部直徑未達0.4mm之小徑鑽孔工具的量產化。

然而，這樣的鑽孔工具當無法在充分的周速下進行加工的情況，會發生工具折損等的問題，這是已知的。特別是極小徑鑽孔工具的情況，必須以更高轉速進行旋轉以獲得充分的周速，但若讓該鑽孔工具以高轉速進行旋轉，其離心力會造成工具撓曲而產生旋轉振動(所謂動態振動)。

此外，將超硬合金製之主體部(具有刃部)和不鏽鋼製等的柄部經由熔接接合(例如焊接)而構成的複合材接合型的情況，由於柄部材料的縱彈性係數比超硬合金小，相較於使用一個超硬合金材料將刃部(主體部)和柄部形成一體之整塊型(solid type)，其動態振動有變大的傾向。

亦即，如第1(1)圖所示，一般在複合材接合型的情況，當使用不鏽鋼等的鋼材製的柄部時，起因於其縱彈性係數比超硬合金材小，已確認該工具的動態振動有變大的傾向。當動態振動變大的情況，鑽孔工具前端發生之旋轉振動會使定位精度變差，結果造成孔位置精度降低。

第1(1)圖的之(a)、(b)係例示孔位置精度，相對於所設定的鑽孔位置，將實際加工的孔位置偏差量標示於圖上((a)(b)分別為6000次衝孔的資料)，縱軸(Y軸)和橫軸(X軸)的交點(圖的中心)表示偏差量0μm。標示點越集中於圖中心孔表示位置精度越高，一般而言，在通常的轉速區進行之鑽孔加工，不管是整塊型、複合材接合型任一者的情況，都是像(a)所圖示般標示點比較集中於圖的中心。另一方面，當動態振動變大的情況，如(b)所圖示般標示點無法集中於中心，而在孔位置精度極端惡化的情況，會成為近似環圈狀。此外，如第1(1)圖的(c)所示，動態振動越大，工具迄發生折損為止的壽命(衝孔數(加工孔數))越短，這是已知的。

在進行鑽孔加工時產生動態振動的情況，在從鑽孔設定位置偏離的位置，工具的刀鋒會咬入被削材，隨著鑽孔作業的進展刃部會撓曲，若到達設定深度而結束鑽孔加工的話就將工具從被削材拔出，因此每次進行鑽孔和拔出時都會對刃部的基部反覆地施加應力，如此造成疲勞破壞。當動態振動變大的情況，由於位置偏差變大，刃部的撓曲會變大，因此上述應力也會增大，而導致折損壽命變短。

因此，在高轉速區所使用的鑽孔工具，現狀是以動態振動小的整塊型為主流。

[專利文獻1]日本特開2005-88088號公報

然而，在整塊型的情況，由於屬於稀有金屬之鎢的使用量多，基於環境面、成本面的觀點，宜使用複合材接合型。

此外，PCB加工用等之小徑的鑽孔工具，不僅是上述離心力所造成的撓曲，加工時產生之橫方向(與工具軸垂直的方向)之負荷所造成的撓曲也會影響孔位置精度，因此一般是儘量採用能提昇剛性的形狀。

具體的說，由於加工本身是沿工具軸方向進行，橫方向的負荷是比端銑刀(end mill)等更小，即使是對工具前端施加橫方向的負荷的情況，由於在直徑較小的刃部之根部會產生應力集中，為了提高孔位置精度，一般是進行將刃部的刀腹厚度(web thickness)增大等的設計。

然而，在增大刀腹厚度的情況，雖然孔位置精度有提高的傾向，但由於溝槽體積變小，會引起切屑堵塞或加工孔內壁粗糙度變差，而發生工具折損、無法獲得良好的孔品質等的問題。為了確保溝槽體積並保有充分的剛性，雖可採用將工具直徑增大的手段，但被加工的孔徑也會變大，如此並無法達成原先目的之高密度構裝。在要求高轉速加工之極小徑工具，為了在不改變工具直徑下抑制離心力所造成的撓曲並同時抑制加工負荷所造成的撓曲，僅著眼於刃部之設計難以獲得工具整體的剛性和動態振動的均衡，依據習知的複合材接合型，很難改善工具前端的動態振動。

又第2圖係顯示習知PCB加工用之鑽頭的外形。圖中的符號1’為主體部，2’為刃部，3’為柄部，4’為台階部，5’為主體錐部，6’為柄錐部，15’為柄主體，第2(a)圖係設有外徑一定的台階部4’之例子，第2(b)圖係未設置台階部4’的例子(所謂筆直型)。

第2(a)圖，具體而言，是在刃部2’的基端部設置越往基端側越大徑之錐狀的主體錐部5’，在該主體錐部5’的基端連接設置外徑一定的台階部4’，藉此來構成主體部1’；又在前述台階部4’的基端連接設置柄部3’。柄部3’是在柄主體15’的前端設置越往前端側越小徑之錐狀的柄錐部6’，該柄錐部6’是連接設置於前述台階部4’。

第2(b)圖係未設置台階部4’的型式之具體例，是在大致相同直徑之刃部2’的基端連接設置柄部3’。柄部3’是在柄主體15’的前端設置越往前端側越小徑之錐狀的柄錐部6’，該柄錐部6’連接設置於前述刃部2’。亦即第2(b)圖的形狀，不僅是台階部4’，連主體錐部5’也不存在。

習知之複合材接合型，一般設計成使接合邊界位在柄錐部6’的區域內。此外，一般設定成主體錐部5’的主體錐角α’為15°以上，柄錐部6’的柄錐角β’為20°以上。又一般是將主體錐角α’和柄錐角β’都設定在30°~90°。該等角度，並非根據後述本發明的技術思想之設定值，例如配合安裝該鑽孔工具之鑽孔加工機的主軸夾頭(筒夾夾頭)直徑而設定鑽孔工具的柄徑，對應於鑽孔加工機側之其他的規範和規格，為了從該柄徑縮徑至比柄徑更小徑的刃部直徑而形成連接設置的設定角度而已。

本發明是有鑑於上述般的現狀，為了提供一種環境性及經濟性優異而極實用之鑽孔工具，是著眼於刃部和柄部間的台階部，藉由改良台階部的形狀等，縱使是複合材接合型的情況仍能儘量抑制高速旋轉時之動態振動。

參照附圖來說明本發明的要旨。

一種鑽孔工具，係包含主體部1和柄部3，該主體部1是在工具主體的外周從工具前端朝向基端側形成一或複數道螺旋狀的切屑排出溝槽且具有刃部2，該柄部3是在基端側具有比前述刃部2更大徑的柄主體15；前述刃部2是由以碳化鎢及鈷為主成分之超硬合金構件所形成，另一方面前述柄部3是由不鏽鋼構件所形成；此外，該超硬合金構件及不鏽鋼構件是進行熔接接合，在前述刃部2和前述柄主體15之間，設有其中途部的外徑比前述刃部2大且比前述柄主體15小之台階部4；其特徵在於：前述台階部4的外徑是設定成往基端側逐漸或連續地變大。

此外，本發明的鑽孔工具，是在請求項1所記載的鑽孔工具中，前述台階部4是設置於前述主體部1。

此外，本發明的鑽孔工具，是在請求項2所記載的鑽孔工具中，在前述台階部4設置：用來連接該台階部4前端側的小徑部和該台階部基端側的大徑部之段差部7。

此外，本發明的鑽孔工具，是在請求項2所記載的鑽孔工具中，在前述台階部4設置：從前端側朝向基端側外徑漸增之前錐部8、25、26。

此外，本發明的鑽孔工具，是在請求項4所記載的鑽孔工具中，前述前錐部8、25、26的錐角設定成比前述柄部前端所設的柄錐部6的錐角更小。

此外，本發明的鑽孔工具，是在請求項1~5之任一項所記載的鑽孔工具中，前述台階部4的前端側既定位置之直徑D1和基端側既定位置的直徑D2之差除以該兩點間的距離Lc的數值，當超硬合金構件所形成的部分從工具前端起算未達9mm的情況以下式(1)表示，又其為9mm~12mm的情況以下式(2)表示：

0.03≦(D2-D1)/Lc≦0.26　(1)

0.01≦(D2-D1)/Lc≦0.15　(2)。

此外，本發明的鑽孔工具，是在請求項6所記載的鑽孔工具中，從工具前端起算4mm的位置之直徑為1.5mm以下。

此外，本發明的鑽孔工具，是在請求項6所記載的鑽孔工具中，前述台階部4的重心位置是在從工具基端起算之工具全長92.0%以下的位置，而且工具整體的重心位置是在從工具基端起算之工具全長42.5%以下的位置。

此外，本發明的鑽孔工具，是在請求項7所記載的鑽孔工具中，前述台階部4的重心位置是在從工具基端起算之工具全長92.0%以下的位置，而且工具整體的重心位置是在從工具基端起算之工具全長42.5%以下的位置。

此外，本發明的鑽孔工具，是在請求項1~5之任一項所記載的鑽孔工具中，前述台階部4的前端側既定位置之直徑D1和基端側既定位置的直徑D2之差除以該兩點間的距離Lc的數值，當超硬合金構件所形成的部分從工具前端起算未達9mm的情況以下式(3)表示，又其為9mm~12mm的情況以下式(4)表示：

0.03≦(D2-D1)/Lc≦0.15　(3)

0.01≦(D2-D1)/Lc≦0.1　(4)。

此外，本發明的鑽孔工具，是在請求項10所記載的鑽孔工具中，從工具前端起算4mm的位置之直徑為0.8mm以下。

此外，本發明的鑽孔工具，是在請求項10所記載的鑽孔工具中，前述台階部4的重心位置是在從工具基端起算之工具全長82.5%以下的位置，而且工具整體的重心位置是在從工具基端起算之工具全長37.5%以下的位置。

此外，本發明的鑽孔工具，是在請求項11所記載的鑽孔工具中，前述台階部4的重心位置是在從工具基端起算之工具全長82.5%以下的位置，而且工具整體的重心位置是在從工具基端起算之工具全長37.5%以下的位置。

此外，本發明的鑽孔工具，是在請求項8所記載的鑽孔工具中，該鑽孔工具是印刷配線板加工用的鑽頭。

此外，本發明的鑽孔工具，是在請求項9所記載的鑽孔工具中，該鑽孔工具是印刷配線板加工用的鑽頭。

此外，本發明的鑽孔工具，是在請求項12所記載的鑽孔工具中，該鑽孔工具是印刷配線板加工用的鑽頭。

此外，本發明的鑽孔工具，是在請求項13所記載的鑽孔工具中，該鑽孔工具是印刷配線板加工用的鑽頭。

本發明由於具備上述構造，即使是複合材接合型仍能儘量抑制高速旋轉時的動態振動，而成為環境性及經濟性優異之極為實用的鑽孔工具。

針對本發明的較佳實施形態，根據圖式並配合本發明的作用而簡單地作說明。

藉由鑽孔加工機之主軸夾頭(筒夾夾頭)來把持鑽孔工具，利用該鑽孔工具進行旋轉切削加工。這時，使台階部4的外徑往基端側逐漸或連續地變大，藉此使鑽孔工具從筒夾夾頭突出之突出部的質量變小，且提高剛性，而能減輕離心力及橫方向的負荷所造成的撓曲。而且，由於往前端側質量變小，其重心位置變得靠筒夾夾頭側，藉由可充分減輕離心力所造成的撓曲。如此，可減輕橫方向的負荷及離心力所造成的撓曲雙方，縱使是複合材接合型仍能儘量抑制高速旋轉時的動態振動。

[實施例]

根據圖式來說明本發明的具體實施例。

本實施例之鑽孔工具，係包含主體部1和柄部3，該主體部1是在工具主體的外周從工具前端朝向基端側形成一或複數道螺旋狀的切屑排出溝槽且具有刃部2，該柄部3是在基端側具有比前述刃部2更大徑的柄主體15；前述刃部2是由以碳化鎢及鈷為主成分之超硬合金構件所形成，另一方面前述柄部3是由不鏽鋼構件所形成；此外，該超硬合金構件及不鏽鋼構件是進行熔接接合，在前述刃部2和前述柄主體15之間，設有其中途部的外徑比前述刃部2大且比前述柄主體15小之台階部4；而且前述台階部4的外徑是設定成往基端側逐漸或連續地變大。

更具體的說，本實施例是具備主體部1和柄部3且刃部2直徑未達0.4mm之PCB加工用的鑽頭。該主體部1在前端具有刃部2(形成有用來對被削物實施鑽孔加工之切刀)，該柄部3是供鑽孔加工機的筒夾夾頭把持。

接著具體地說明各部位。

台階部4，是設置在主體部1的刃部2和柄部3的柄主體15之間，可和刃部2及柄部3分開形成，而將其等分別進行熔接接合(例如焊接)而構成。亦即如前述般，習知的複合材接合型，一般是將接合邊界設計在柄錐部6’的區域內，但在本實施例之接合邊界，可與習知同樣的設置在柄錐部6’的區域內，或設置於其他部位亦可，並沒有特別的限定。

具體而言，主體部1，是在刃部2的基端部設置往基端側變大徑之錐狀的主體錐部5，在該主體錐部5的基端連接設置台階部4。柄部3，是在柄主體15的前端設置往前端側變小徑之錐狀的柄錐部6，該柄錐部6的前端連接設置於前述台階部4的基端，可採用前述構造，或者不設置主體錐部5或柄錐部6或兩者而在刃部2和柄主體15間設置台階部4亦可。

此外，(在柄錐部6將超硬合金製部分和不鏽鋼製部分予以熔接接合)台階部4，可與主體部1同樣地為超硬合金製；(在主體錐部5將超硬合金製部分和不鏽鋼製部分予以熔接接合)台階部4，可與柄部3同樣地為不鏽鋼製；此外，台階部4的前端側為超硬合金製而基端側為不鏽鋼製亦可。另外，將超硬合金製部分和不鏽鋼製部分分開形成，再將兩者熔接接合而構成亦可。

具體而言，當工具全長為36~40mm、柄主體15的直徑(柄徑)為2.6~3.6mm(更具體的是3.175mm)的情況，台階部4之前端側既定位置的直徑D1和基端側既定位置的直徑D2之差除以該兩點間的距離Lc之數值，由超硬合金構件所形成的部分從刃部2的前端起算未達9mm(由超硬合金構件所形成的部分從工具前端起算的長度Lb未達9mm)的情況，設定成以0.03≦(D2-D1)/Lc≦0.26表示；當Lb為9mm~12mm的情況設定成以0.01≦(D2-D1)/Lc≦0.15表示。

此外，當柄徑為2.6~3.6mm的情況，從工具前端起算4mm的位置之直徑設定為1.5mm以下。

此外，當柄徑為2.6~3.6mm的情況，台階部4之重心位置是位於從工具基端起算之工具全長92.0%以下的位置，而且工具整體的重心位置是位於從工具基端起算之工具全長42.5%以下的位置。

另一方面，當工具全長為22~34mm、柄徑為1.3~2.5mm(更具體的是2mm)的情況，台階部4之前端側既定位置的直徑D1和基端側既定位置的直徑D2之差除以該兩點間的距離Lc之數值，由超硬合金構件所形成的部分從刃部2的前端起算未達9mm(由超硬合金構件所形成的部分從工具前端起算的長度Lb未達9mm)的情況，設定成以0.03≦(D2-D1)/Lc≦0.15表示；當Lb為9mm~12mm的情況設定成以0.01≦(D2-D1)/Lc≦0.1表示。

此外，當柄徑為1.3~2.5mm的情況，從工具前端起算4mm的位置之(台階部4)直徑設定為0.8mm以下。

此外，當柄徑為1.3~2.5mm的情況，台階部4之重心位置是位於從工具基端起算之工具全長82.5%以下的位置，而且工具整體的重心位置是位於從工具基端起算之工具全長37.5%以下的位置。

又PCB加工用的鑽頭之從筒夾夾頭突出的長度通常為15~24mm左右，從使用超硬合金材之工具前端起算的長度通常為12mm以下。

使台階部4的外徑往基端側逐漸或連續地變大徑的形狀，只要符合上述要件不管是什麼形狀皆可，例如包括：第3圖所圖示之設置段差部7(用來連接台階部4前端側之小徑部和該台階部4基端側之大徑部)的構造、第4、5圖所圖示之設置前錐部8(從前端側朝向基端側外徑漸增)的構造、未圖示之設置擴徑部(從前端側朝向基端側呈曲線狀擴徑)的構造、其他構造、以及將其等予以組合而成的構造。

第3圖顯示與第2(a)圖所示的習知形狀同樣地設有主體錐部5和柄錐部6且設有上述段差部7的型式。第3(a)圖的構造，作為主體錐部5和柄錐部6之間的台階部4，係設有第一直線部9、比該第一直線部9更大徑的第二直線部10、以及位於前述兩者間之往前端側變小徑之錐狀的段差部7。此外，第3(b)圖的構造，係具有設置在主體錐部5和柄錐部6之間的台階部4，且該台階部4是在第一直線部9和第二直線部10和第三直線部11之間分別設有段差部7。又本實施例之直線部是指直徑一定的圓筒狀部分。

此外，在第3圖，上述前端側既定位置的直徑D1是台階部4的前端位置的直徑；上述基端側既定位置的直徑D2是台階部4的基端位置的直徑。另外，台階部4的基端位置是與主體部1的基端位置相同。具體而言，在第3(a)圖中，上述前端側既定位置的直徑D1，是主體錐部5的基端和第一直線部9的前端之連設部的直徑；上述基端側既定位置的直徑D2，是第二直線部10的基端和柄錐部6的前端之連設部的直徑。在第3(b)圖中，上述直徑D1，是主體錐部5的基端和第一直線部9的前端之連設部的直徑；上述直徑D2，是第三直線部11的基端和柄錐部6的前端之連設部的直徑。但關於上述直徑D2，當該台階部4的基端位置(主體部1的基端位置)La位於離工具前端8mm以上的位置時，是從工具前端起算8mm位置的直徑。

第4圖顯示與第2(a)圖所示的習知形狀同樣地設有主體錐部5和柄錐部6且設有上述前錐部8的型式。

第4(a)圖的構造，作為主體錐部5和柄錐部6間的台階部4，是設有前錐部8。又第4(b)圖的構造，作為主體錐部5和柄錐部6間的台階部4，是設有前端側直線部12及前錐部8(透過段差部7設置在該前端側直線部12的基端側)。又第4(c)圖的構造，作為主體錐部5和柄錐部6間的台階部4，是設有前錐部8和基端側直線部13(位於該前錐部8的基端側)。又第4(d)圖的構造，作為主體錐部5和柄錐部6間的台階部4，是設有前端側直線部12及前錐部8(透過段差部7設置在該前端側直線部12的基端側)，且在該前錐部8的基端側設置基端側直線部13。又在第4圖中，前錐部8的錐角設定成比柄錐部6的錐角更小的值。

此外，第4圖是與第3圖同樣的，上述前端側既定位置的直徑D1是台階部4的前端位置的直徑；上述基端側既定位置的直徑D2是台階部4的基端位置的直徑。另外，台階部4的基端位置是與主體部1的基端位置相同。具體而言，在第4(a)圖中，上述直徑D1，是主體錐部5的基端和前錐部8的前端之連設部的直徑；上述直徑D2，是前錐部8的基端和柄錐部6的前端之連設部的直徑。在第4(b)圖中，上述直徑D1，是主體錐部5的基端和前端側直線部12的前端之連設部的直徑；上述直徑D2，是前錐部8的基端和柄錐部6的前端之連設部的直徑。在第4(c)圖中，上述直徑D1，是主體錐部5的基端和前錐部8的前端之連設部的直徑；上述直徑D2，是基端側直線部13的基端和柄錐部6的前端之連設部的直徑。在第4(d)圖中，上述直徑D1，是主體錐部5的基端和前端側直線部12的前端之連設部的直徑；上述直徑D2，是基端側直線部13的基端和柄錐部6的前端之連設部的直徑。但關於上述直徑D2，當該台階部4的基端位置(主體部1的基端位置)La位於離工具前端8mm以上的位置時，是從工具前端起算8mm位置的直徑。

又在第3、4圖，上述直徑D1及D2的位置，由於工具加工時例如加工工具(磨削磨石)的形狀變形等造成的加工誤差，會有無法精密地界定其位置的情況。在此情況，可將上述直徑D1設定為比既定位置(台階部4的前端位置)更靠基端側的位置，將上述直徑D2設定為比既定位置(台階部4的基端位置)更靠前端側的位置，而採用避開加工誤差區域的位置。

此外，本發明人等，根據後述見解進行各種實驗發現出，不設置第3圖、第4圖所圖示之習知形狀的錐角較大的主體錐部5，(如第5(a)(b)(d)圖所圖示)在刃部2的基端連接設置往基端側變大徑之錐角未達15°的(刃部連設)前錐部25，或不形成直線錐狀而在刃部2的基端設置往基端側變大徑且朝工具軸側(工具中心側)變凸之曲線狀的(刃部連設)曲面部，藉此作為構成台階部4的部位可獲得本發明的效果。又同樣的，不設置錐角較大的柄錐部6，(如第5(b)(c)(d)圖所圖示)在柄部主體15的前端連接設置往前端側變小徑之錐角未達20°的(柄部連設)前錐部26，或不形成直線錐狀而在柄主體15的前端設置往前端側變小徑且朝工具軸側變凸之曲線狀的(柄部連設)曲面部，藉此作為構成台階部4的部位可獲得本發明的效果。

接著根據第5圖作具體的說明。

第5(a)圖的構造，作為刃部2和柄錐部6間的台階部4，是設置(刃部連設)前錐部25。又第5(b)圖的構造，作為刃部2和柄錐部6間的台階部4，是設有：連接設置於刃部2基端之(刃部連設)前錐部25及連接設置於該(刃部連設)前錐部25的基端之直線部14，且在該直線部14的基端連接設置(柄連設)前錐部26(連接設置於柄主體15的前端)的前端。又第5(c)圖的構造，作為(設置於刃部2基端部)主體錐部5和柄主體15間的台階部4，是設置(柄連設)前錐部26。此外，第5(d)圖的構造，作為刃部2和柄錐部6間的台階部4，是將(刃部連設)前錐部25和(柄連設)前錐部26予以直接連接。如此，第5(a)圖之形成於刃部2和柄錐部6間的部位Ld成為台階部4，第5(b)~(d)圖之形成於刃部2和柄主體15間的部位Ld成為台階部4。

此外，第5圖是與第3、4圖同樣的，上述前端側既定位置的直徑D1為台階部4的前端位置之直徑，上述基端側既定位置的直徑D2為台階部4的基端位置之直徑。但是，設有前述(刃部連設)前錐部25(錐角未達15°)或前述(刃部連設)曲面部(朝工具軸側變凸的曲線狀)的工具，基於前述加工誤差可能存在等的形狀上的理由，由於上述直徑D1之既定位置(台階部4的前端位置=刃部2的基端位置)之界定有困難，上述直徑D1是從工具前端起算之刃部2的標稱長度+1mm位置的直徑。又台階部4的基端位置是與主體部1的基端位置相同。

具體而言，在第5(a)圖，上述直徑D1，是從工具前端起算之刃部2的標稱長度+1mm位置的直徑；上述直徑D2，是(刃部連設)前錐部25的基端和柄錐部6的前端之連設部的直徑。此外，在第5(b)圖，上述直徑D1，是從工具前端起算之刃部2的標稱長度+1mm位置的直徑；上述直徑D2，是從工具前端起算8mm位置的直徑(其理由後述)。又在第5(c)圖，上述直徑D1，是(設置於刃部2基端部)主體錐部5的基端和(柄連設)前錐部26的前端之連設部的直徑，上述直徑D2，是從工具前端起算8mm位置的直徑(其理由後述)。此外，在第5(d)圖，上述直徑D1，是從工具前端起算之刃部2的標稱長度+1mm位置的直徑；上述直徑D2，是從工具前端起算8mm位置的直徑(其理由後述)。但關於上述直徑D2，當該台階部4的基端位置(主體部1的基端位置)La位於離工具前端8mm以上的位置時，是從工具前端起算8mm位置的直徑。因此，在第5(b)~(d)圖，上述直徑D2的位置是從工具前端起算8mm位置的直徑，作為在柄主體15的前端連接設置(柄連設)前錐部26的構造，在形成滿足上述本發明要件之形狀的情況，該台階部4的基端位置La通常為8mm以上的位置。

又在第5圖，在設有主體錐部5或柄錐部6的情況，與第3、4圖的情況同樣的，上述直徑D1及D2的位置，起因於前述的加工誤差，會有無法精密地界定其位置的情況。在此情況，可將上述直徑D1設定為比既定位置(台階部4的前端位置)更靠基端側的位置，將上述直徑D2設定為比既定位置(台階部4的基端位置)更靠前端側的位置，而採用避開加工誤差區域的位置。

以上的條件，是根據第6~9圖所示的見解並進行第10、11圖所示的實驗，將其結果整理而獲得的。

作為鑽頭旋轉時之動態振動的要因(造成影響的因子)，可列舉材料的縱彈性係數、質量、重心位置、剛性等。

首先，根據第6圖來說明縱彈性係數。所使用的超硬合金之縱彈性係數一般為600GPa左右，不鏽鋼的縱彈性係數為200GPa左右，兩者差3倍左右。鑽頭的動態振動，是受到離心力造成的撓曲容易度(縱彈性係數)的影響。鑽頭旋轉時產生的離心力，會對從筒夾夾頭突出之突出部整體的根部(被筒夾夾頭把持的部分之前端邊界部分)施加最大的應力。在相同形狀下，質量輕的複合型(複合材接合型)之離心力小，施加於根部的應力變小，但構成突出部根部之不鏽鋼的縱彈性係數差更多，因此容易撓曲。

第6圖中，(1)是整體都是超硬合金製的整塊型，(2)是前端至柄錐部的前端側的一部分為超硬合金製，柄部為不鏽鋼製之複合型；(3)是前端至台階部的前端側一部分為超硬合金製，其餘為不鏽鋼製之複合型；將其等之撓曲容易度(依據縱彈性係數)分成台階部和突出部整體來進行比較時，在第6圖中，(1)為台階部和突出部都不容易撓曲，(2)為超硬合金製的台階部不容易撓曲，(3)則變得都容易撓曲。第6圖的上部之比較相片是(1)和(3)的比較，左側為(1)，右側為(3)，可看出，在右側的工具，突出部的根部及台階部都具有大的撓曲度。又第6圖之(1)~(3)的外形形狀是與第2(a)圖相同的習知形狀。

根據第7圖來說明質量、重心位置。所使用之超硬合金的密度一般為15×10³ kg/m³ 左右，不鏽鋼的密度為7.7×10³ kg/m³ 左右，因此兩者差兩倍左右。鑽頭旋轉時所承受的離心力是受質量的影響。又對於既定的離心力，是受重心位置和應力集中部位之距離(兩者越近越難撓曲)的影響。

又與第6圖同樣的，在第7圖中，(1)是整體都是超硬合金製的整塊型，(2)是前端至柄錐部的前端側的一部分為超硬合金製，柄部為不鏽鋼製之複合型；(3)是前端至台階部的前端側一部分為超硬合金製，其餘為不鏽鋼製之複合型。

將其等的撓曲容易度(依據質量)分成台階部和突出部整體來進行比較時，在第7圖中，(1)是台階部及突出部都容易撓曲，(2)由於柄部是不鏽鋼製，其突出部整體不容易撓曲，(3)則變成都不容易撓曲。

此外，將依據重心位置的撓曲容易度分成台階部和突出部整體來進行比較時，在第7圖中，(1)由於台階部及突出部的重心位置都靠基端側，故都不容易撓曲；(2)僅超硬合金製的台階部不容易撓曲，(3)是台階部容易撓曲，但突出部整體變得較難撓曲。

具體而言，不改變工具全長而將台階部加長的情況，台階部的質量變重，產生於台階部的離心力變大。此外，突出部的質量變輕，產生於突出部整體的離心力變小。另一方面，若將台階部縮短，台階部的質量變輕，產生於台階部的離心力變小。此外，突出部的質量變重，產生於突出部整體的離心力變大。在第7圖的(1)~(3)，是將工具形狀和突出部長度設定為相同而進行比較，因此質量和重心位置是取決於工具所使用的材質、所使用的部位以及其量。

此外，在複合型，前端側之超硬合金材使用量(從工具前端起算之使用長度)越大，突出部的重心位置變得更前端側，對於既定離心力的撓曲度變大。此外，關於台階部的重心位置，在台階部的中途部將刃部側的超硬合金構件和柄部側的不鏽鋼構件予以接合的情況，前端側的超硬合金材使用量越大則重心位置變得更前端側，對於既定離心力的撓曲度變大。

亦即，在複合型，重心位置改變和質量改變的意義相同，因此實際上質量和重心位置會同時影響撓曲度。

接著根據第8圖來說明剛性。剛性受柄部直徑的影響很大。在PCB加工用的鑽頭，柄徑是被限定的，材質的縱彈性係數大致反映其剛性。關於台階部，其剛性是依形狀、材質而改變。

第8圖之(1)~(3)，是與第6圖、第7圖的(1)~(3)同樣的。第8圖的(4)，是將複合型(3)(前端至台階部前端側的一部分為超硬合金製，其餘為不鏽鋼製)之台階部長度增長的型式；第8圖的(5)，是將複合型(3)(前端至台階部前端側的一部分為超硬合金製，其餘為不鏽鋼製)之台階部的直徑縮窄的型式。

將其等的撓曲容易度(依據剛性)分成台階部和突出部整體進行比較時，在第8圖中，(1)是台階部及突出部都不容易撓曲，(2)~(4)由於柄部為不鏽鋼製，突出部整體容易撓曲，又(2)由於台階部整體為超硬合金製，台階部不容易撓曲，(3)由於台階部比(4)(5)粗或短而較難撓曲，(4)由於台階部長(5)由於台階部細，因此變得容易撓曲。

以上，如第9圖所整理，在複合型之PCB加工用的鑽頭，不僅是刃部，突出部整體和台階部雙方都會產生撓曲，因此必須取得整體質量、重心位置的均衡、以及台階部的質量、重心位置、剛性(形狀)之均衡，才能抑制撓曲。

於是，在本實施例，針對台階部及突出部有以下的想法，相對於習知例(1)及習知例(3)而達成實施例(2)及實施例(4)的構造。第9圖的下部圖表，是將其等的動態振動與超硬合金製的整塊型(形狀與習知例(1)(3)相同)比較的結果。可看出實施例(2)(4)都能獲得接近整塊型的特性。

亦即，在台階部，藉由減輕質量，雖可降低所產生的離心力而抑制動態振動，但由於剛性低而容易撓曲，為了保有剛性，必須形成外徑往基端側逐漸或連續地增大的形狀，同時使台階部的重心位置在基端側。此外，將前端側所使用之縱彈性係數高的超硬合金構件設計成較細，將縱彈性係數低之不鏽鋼構件設計成較粗，藉此可保有剛性並減輕質量。這與前述之從工具前端起算4mm的位置之直徑設定成既定值(1.5mm以下或0.8mm以下)有關。

此外，關於突出部，可將台階部增長、將台階部直徑縮窄等，而將突出部整體輕量化，藉此減低所產生的離心力且將重心位置設定於基端側。台階部的重心位置設定成越靠基端側，越有利於抑制動態振動。這是關於：前述之台階部4基端位置(主體部1的基端位置)La位在從工具前端起算8mm位置的情況，上述D2為從工具前端起算8mm位置的直徑；以及，將台階部4的重心位置和工具整體的重心位置設定在從工具基端起算之相對於工具全長的比值所表示之既定位置。

第10圖係顯示柄徑2mm的情況之實驗條件及實驗結果，第11圖係顯示柄徑3.175mm的情況之實驗條件及實驗結果。

工具前端之與柄部不同色的部分是超硬合金製部分，該超硬合金製部分是一體地形成。該超硬合金製部分的基端和不鏽鋼製部分的前端進行熔接接合。

工具的形狀和超硬合金使用量等雖有各種變化，只要是能滿足上述條件的例子，都比不符合上述條件的習知例更能抑制動態振動，這點已被確認。

此外，第10圖的實施例No.10、11，台階部雖不是往基端側直徑變大，但由於將台階部的形狀設定成重心位置能滿足本實施例的條件，因此確認出較能抑制動態振動。亦即確認出，藉由將重心位置設定成上述條件，可大幅改善動態振動。

又關於動態振動，如第1(2)圖所圖示，是測定並比較鑽孔工具以300krpm旋轉時的動態振動而進行評價。在該第1(2)圖中，相當於第10圖的習知例No.2之習知形狀的複合材接合型(b)，是顯示習知形狀的整塊型(a)5倍左右的動態振動；而依據相當於第10圖的實施例No.1之本實施例的複合材接合品(c)，則確認出比起習知形狀的複合材接合型(b)可大幅抑制動態振動。如第1(2)圖之右側圖表所示，這主要是藉由使重心位置靠近筒夾夾頭側(工具基端側)而獲得的效果。

本實施例由於採用上述構造，藉由鑽孔加工機的主軸夾頭(筒夾夾頭)來把持鑽孔工具，且利用該鑽孔工具來進行旋轉切削加工時，可減少鑽孔工具之從筒夾夾頭突出之突出部的質量並提高剛性，而能減輕離心力及橫方向的負荷所造成的撓曲。而且，藉由使前端側的質量變小，而使重心位置靠近筒夾夾頭側，如此可充分減輕離心力所造成的撓曲。因此，能減輕橫方向的負荷及離心力所造成的撓曲雙方，縱使是複合材接合型仍能儘量抑制高速旋轉時的動態振動。

如此，本實施例，縱使是複合材接合型仍能儘量抑制高速旋轉時的動態振動，因此環境性及經濟性優異而極為實用。

1．．．主體部

2．．．刃部

3．．．柄部

4．．．台階部

6．．．柄錐部

7．．．段差部

8、25、26．．．前錐部

15．．．柄主體

D1．．．前端側既定位置的直徑

D2．．．基端側既定位置的直徑

Lc．．．兩點間的距離

第1(1)(2)圖係關於鑽孔工具的動態振動之概略說明圖。

第2(a)(b)圖係說明習知形狀的概略說明側視圖。

第3(a)(b)圖係設有段差部之鑽孔工具的概略說明側視圖。

第4(a)~(d)圖係設有前錐部之鑽孔工具的概略說明側視圖。

第5(a)~(d)圖係設有前錐部之鑽孔工具的概略說明側視圖。

第6圖係鑽孔工具之動態振動和縱彈性係數的關係之概略說明圖。

第7圖係鑽孔工具的動態振動和質量、重心位置的關係之概略說明圖。

第8圖係鑽孔工具的動態振動和剛性的關係之概略說明圖。

第9圖係鑽孔工具的動態振動之概略說明圖。

第10圖係顯示柄徑2mm的情況之鑽孔工具的實驗條件及實驗結果。

第11圖係顯示柄徑3.175mm的情況之鑽孔工具的實驗條件及實驗結果。

1．．．主體部

2．．．刃部

3．．．柄部

5．．．主體錐部

6．．．柄錐部

7．．．段差部

9．．．第一直線部

10．．．第二直線部

11．．．第三直線部

15．．．柄主體

D1．．．前端側既定位置的直徑

D2．．．基端側既定位置的直徑

La．．．台階部的基端位置(主體部的基端位置)

Lc．．．兩點間的距離

Claims

一種鑽孔工具，係包含主體部和柄部，該主體部是在工具主體的外周從工具前端朝向基端側形成一或複數道螺旋狀的切屑排出溝槽且具有刃部，該柄部是在基端側具有比前述刃部更大徑的柄主體；前述刃部是由以碳化鎢及鈷為主成分之超硬合金構件所形成，另一方面前述柄部是由不鏽鋼構件所形成；此外，該超硬合金構件及不鏽鋼構件是進行熔接接合，在前述刃部和前述柄主體之間，設有其中途部的外徑比前述刃部大且比前述柄主體小之台階部；其特徵在於：前述台階部的外徑是設定成往基端側逐漸或連續地變大；前述台階部的前端側既定位置之直徑(D1)和基端側既定位置的直徑(D2)之差除以該兩點間的距離(Lc)的數值，當超硬合金構件所形成的部分從工具前端起算未達9mm的情況以下式(1)表示，又其為9mm~12mm的情況以下式(2)表示：0.03≦(D2-D1)/Lc≦0.26 (1) 0.01≦(D2-D1)/Lc≦0.15 (2)。
如申請專利範圍第1項記載的鑽孔工具，其中，前述台階部是設置於前述主體部。
如申請專利範圍第2項記載的鑽孔工具，其中，在前述台階部設置：用來連接該台階部前端側的小徑部和該台階部基端側的大徑部之段差部。
如申請專利範圍第2項記載的鑽孔工具，其中，在前述台階部設置：從前端側朝向基端側外徑漸增之前錐部。
如申請專利範圍第4項記載的鑽孔工具，其中，前述前錐部的錐角設定成比前述柄部前端所設的柄錐部的錐角更小。
如申請專利範圍第1至5項中任一項記載的鑽孔工具，其中，從工具前端起算4mm的位置之直徑為1.5mm以下。
如申請專利範圍第1至5項中任一項記載的鑽孔工具，其中，前述台階部的重心位置是在從工具基端起算之工具全長92.0%以下的位置，而且工具整體的重心位置是在從工具基端起算之工具全長42.5%以下的位置。
如申請專利範圍第6項記載的鑽孔工具，其中，前述台階部的重心位置是在從工具基端起算之工具全長92.0%以下的位置，而且工具整體的重心位置是在從工具基端起算之工具全長42.5%以下的位置。
如申請專利範圍第1至5項中任一項記載的鑽孔工具，其中，前述台階部的前端側既定位置之直徑(D1)和基端側既定位置的直徑(D2)之差除以該兩點間的距離(Lc)的數值，當超硬合金構件所形成的部分從工具前端起算未達9mm的情況以下式(3)表示，又其為9mm~12mm的情況以下式(4)表示：0.03≦(D2-D1)/Lc≦0.15 (3) 0.01≦(D2-D1)/Lc≦0.1 (4)。
如申請專利範圍第9項記載的鑽孔工具，其中，從工具前端起算4mm的位置之直徑為0.8mm以下。
如申請專利範圍第9項記載的鑽孔工具，其中，前述台階部的重心位置是在從工具基端起算之工具全長82.5%以下的位置，而且工具整體的重心位置是在從工具基端起算之工具全長37.5%以下的位置。
如申請專利範圍第10項記載的鑽孔工具，其中，前述台階部的重心位置是在從工具基端起算之工具全長82.5%以下的位置，而且工具整體的重心位置是在從工具基端起算之工具全長37.5%以下的位置。
如申請專利範圍第7項記載的鑽孔工具，其中，該鑽孔工具是印刷配線板加工用的鑽頭。
如申請專利範圍第8項記載的鑽孔工具，其中，該鑽孔工具是印刷配線板加工用的鑽頭。
如申請專利範圍第11項記載的鑽孔工具，其中，該鑽孔工具是印刷配線板加工用的鑽頭。
如申請專利範圍第12項記載的鑽孔工具，其中，該鑽孔工具是印刷配線板加工用的鑽頭。