TWI486225B

TWI486225B - Drilling tool and manufacturing method thereof

Info

Publication number: TWI486225B
Application number: TW098134779A
Authority: TW
Inventors: Takayuki Horiguchi; Toru Kobayashi; Masahide Watanabe
Original assignee: Union Tool Kk
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2015-06-01
Also published as: CN101733448B; CN101733448A; TW201024008A; JP2010120144A

Description

鑽孔工具及其製造方法

本發明是關於鑽孔工具及其製造方法。

近年來，電子機器不斷朝小型化、高速度化、高功能化進展，對於半導體IC之高集積化及印刷配線板之高密度構裝的要求也越來越高。因此，對於組裝在電子機器內的印刷配線板所使用之鑽孔工具的需求也逐年擴大，現在是以直徑0.4mm以下的鑽孔工具為主流。

然而，例如專利文獻1所揭示之印刷配線板加工用的鑽孔工具(鑽頭)的本體構造，基本上可分成以下3類。

(1)整塊型(solid type)

刃部和柄部是由超硬合金形成一體，由於全體都使用高價的超硬合金，價格非常高。

(2)插入型

在不鏽鋼製的棒材設置凹部，在該凹部藉由收縮配合(shrink fit)等來將超硬合金製的棒材插入而形成一體化，在超硬合金側形成刃部，在不鏽鋼側形成柄部，由於使用較便宜的不鏽鋼，相較於整塊型的情況可降低成本，但必須考慮超硬合金製的棒材插入時的精度而將插入部分做得較長，或必須進行高精度的孔加工，如此仍會造成成本變高。

(3)焊接型

在刃部和柄部之間透過焊料來將兩者接合，相較於插入型可省略插入部分，因此能進一步減少超硬合金的使用量，但由於必須使用焊料和化學藥品，且製造程序變多，如此仍會導致成本變高。

[專利文獻1]日本特開2006-55915號公報

如上所述，在印刷配線板所使用的鑽孔工具，主要是使用以碳化鎢為主成分之超硬合金，碳化鎢是屬於稀有金屬故價格高昂，若減少超硬合金的使用量將有助於降低製造成本。

本發明是有鑑於上述現狀而開發完成的，其目的是為了提供一種非常實用的鑽孔工具及其製造方法，其不須使用焊料和化學藥品並能減少超硬合金的使用量，可發揮充分的接合強度、能低成本地製造且接合強度優異。

參照所附的圖式來說明本發明的要旨。

鑽孔工具，是由具有刃部1之本體部2和柄部3所構成，前述刃部1是由主成分為碳化鎢及鈷之超硬合金構件4所形成，前述柄部3是由不鏽鋼構件5所形成，將兩者熔接接合而構成；該鑽孔工具的特徵在於：在前述超硬合金構件4與前述不鏽鋼構件5的接合界面7之至少20%以上的面積，使前述不鏽鋼構件5的鐵成分侵入前述超硬合金構件4。

此外，鑽孔工具，是由具有刃部1之本體部2和柄部3所構成，前述刃部1是由主成分為碳化鎢及鈷之超硬合金構件4所形成，前述柄部3是由不鏽鋼構件5所形成，將兩者熔接接合而構成；該鑽孔工具的特徵在於：在前述超硬合金構件4與前述不鏽鋼構件5的接合界面7之至少20%以上的面積，使前述不鏽鋼構件5的鐵成分侵入前述超硬合金構件4；該鐵成分朝前述超硬合金4的侵入深度設定為5.0~50.0μm。

此外，鑽孔工具，是由具有刃部1之本體部2和柄部3所構成，前述刃部1是由主成分為碳化鎢及鈷之超硬合金構件4所形成，前述柄部3是由不鏽鋼構件5所形成，將兩者熔接接合而構成；該鑽孔工具的特徵在於：在前述超硬合金構件4與前述不鏽鋼構件5的接合界面7之至少20%以上的面積，使前述超硬合金構件4的鈷成分脫落。

此外，鑽孔工具，是由具有刃部1之本體部2和柄部3所構成，前述刃部1是由主成分為碳化鎢及鈷之超硬合金構件4所形成，前述柄部3是由不鏽鋼構件5所形成，將兩者熔接接合而構成；該鑽孔工具的特徵在於：在前述超硬合金構件4與前述不鏽鋼構件5的接合界面7之至少20%以上的面積，使前述超硬合金構件4的鈷成分脫落，且從前述接合界面7起算，該鈷成分的脫落深度設定為5.0~50.0μm。

此外，在請求項1記載的鑽孔工具中，前述超硬合金構件4和前述不鏽鋼構件5是藉由電阻熔接進行接合。

此外，在請求項2記載的鑽孔工具中，前述超硬合金構件4和前述不鏽鋼構件5是藉由電阻熔接進行接合。

此外，在請求項3記載的鑽孔工具中，前述超硬合金構件4和前述不鏽鋼構件5是藉由電阻熔接進行接合。

此外，在請求項4記載的鑽孔工具中，前述超硬合金構件4和前述不鏽鋼構件5是藉由電阻熔接進行接合。

另外，在請求項1~8中任一項記載的鑽孔工具中，包含前述接合界面7之前述超硬合金構件4與前述不鏽鋼構件5的接合部6，是設置在比前述本體部2與前述柄部3的邊界更接近前述本體部2側的位置。

此外，在請求項9記載的鑽孔工具中，前述接合部6是設置在：從前述本體部2與前述柄部3的邊界起算朝前述本體部2的前端5.0mm以下的範圍內。

此外，在請求項10記載的鑽孔工具中，前述本體部2的長度設定為5.0~7.0mm。

此外，在請求項11記載的鑽孔工具中，前述超硬合金構件4之與前述不鏽鋼構件5接觸的基端部的直徑設定為0.6~1.4mm。

此外，在請求項12記載的鑽孔工具中，前述刃部1的直徑設定為0.4mm以下。

此外，在請求項13記載的鑽孔工具中，在前述刃部1的外周形成切削屑排出溝槽9，該切削屑排出溝槽9的溝槽長度設定為5.5mm以下。

此外，鑽孔工具之製造方法所製造的鑽孔工具，是由具有刃部1之本體部2和柄部3所構成，前述刃部1是由主成分為碳化鎢及鈷之超硬合金構件4所形成，前述柄部3是由不鏽鋼構件5所形成，將兩者熔接接合而構成鑽孔工具；該製造方法的特徵在於：將前述超硬合金構件4和前述不鏽鋼構件5藉由電阻熔接進行接合，以在前述超硬合金構件4與前述不鏽鋼構件5的接合界面7之至少20%以上的面積，使前述不鏽鋼構件5的鐵成分侵入前述超硬合金構件4。

此外，鑽孔工具之製造方法所製造的鑽孔工具，是由具有刃部1之本體部2和柄部3所構成，前述刃部1是由主成分為碳化鎢及鈷之超硬合金構件4所形成，前述柄部3是由不鏽鋼構件5所形成，將兩者熔接接合而構成鑽孔工具；該製造方法的特徵在於：將前述超硬合金構件4和前述不鏽鋼構件5藉由電阻熔接進行接合，以在前述超硬合金構件4與前述不鏽鋼構件5的接合界面7之至少20%以上的面積，使前述不鏽鋼構件5的鐵成分侵入前述超硬合金構件4且朝該超硬合金構件4的侵入深度為5.0~50.0μm。

此外，鑽孔工具之製造方法所製造的鑽孔工具，是由具有刃部1之本體部2和柄部3所構成，前述刃部1是由主成分為碳化鎢及鈷之超硬合金構件4所形成，前述柄部3是由不鏽鋼構件5所形成，將兩者熔接接合而構成鑽孔工具；該製造方法的特徵在於：將前述超硬合金構件4和前述不鏽鋼構件5藉由電阻熔接進行接合，以在前述超硬合金構件4與前述不鏽鋼構件5的接合界面7之至少20%以上的面積，使前述超硬合金構件4的鈷成分脫落。

此外，鑽孔工具之製造方法所製造的鑽孔工具，是由具有刃部1之本體部2和柄部3所構成，前述刃部1是由主成分為碳化鎢及鈷之超硬合金構件4所形成，前述柄部3是由不鏽鋼構件5所形成，將兩者熔接接合而構成鑽孔工具；該製造方法的特徵在於：將前述超硬合金構件4和前述不鏽鋼構件5藉由電阻熔接進行接合，以在前述超硬合金構件4與前述不鏽鋼構件5的接合界面7之至少20%以上的面積，使前述超硬合金構件4的鈷成分脫落且從前述接合界面7起算的脫落深度為5.0~50.0μm。

本發明由於採用上述的構造而能提供一種非常實用的鑽孔工具及其製造方法，其不須使用焊料和化學藥品並能減少超硬合金的使用量，可發揮充分的接合強度、能低成本地製造且接合強度優異。

簡單地說明本發明的較佳實施形態並根據圖式來顯示本發明的作用。

藉由使超硬合金構件4和不鏽鋼構件5進行熔接接合，不須使用焊料和化學藥品並能減少超硬合金的使用量，因此可低成本地製造，而且在超硬合金構件4與不鏽鋼構件5的接合界面7以既定範圍讓不鏽鋼構件5的鐵成分侵入超硬合金構件4，因此能將兩者非常強固地接合，而能穩定地進行利用刃部1之鑽孔加工。

[實施例]

根據圖式來說明本發明的具體實施例。

本實施例的鑽孔工具，如第1圖所示，是由具有刃部1之本體部2和柄部3所構成，前述刃部1是由主成分為碳化鎢及鈷之超硬合金構件4所形成，前述柄部3是由不鏽鋼構件5所形成，將兩者熔接接合而構成鑽孔工具；在前述超硬合金構件4與前述不鏽鋼構件5的接合界面7之至少20%以上的面積，使前述超硬合金構件4的鈷成分脫落，該鈷成分從前述接合界面7起算的脫落深度設定為5.0~50.0μm，且使前述不鏽鋼構件5的鐵成分侵入前述超硬合金構件4，該鐵成分朝前述超硬合金構件4的侵入深度設定為5.0~50.0μm。

具體而言，是適用於印刷配線板的鑽孔加工之鑽頭，其刃部的直徑A(最大外徑)為0.4mm以下，本體部的長度B為5.0~7.0mm，前述超硬合金構件4之與前述不鏽鋼構件5接觸的基端部的直徑C為0.6~1.4mm。在刃部1的外周，從前端朝向基端側形成螺旋狀的切削屑排出溝槽9，該切削屑排出溝槽9的溝槽長度D設定為5.5mm以下。在本實施例，刃部直徑A約0.2mm，本體部長度B約6.0mm，超硬合金構件4的基端部的直徑C約1.0mm，切削屑排出溝槽9的溝槽長度D約5.0mm。

接著具體地說明各部分。

超硬合金構件4，如第3圖所示，是以碳化鎢和鈷(結合材)為主成分之超硬合金製，其直徑比不鏽鋼構件5(用來形成柄部3)小，是直徑大致相同的圓柱狀的棒材。

不鏽鋼構件5，是由麻田散鐵系不鏽鋼(主成分為鐵及鈷，含有微量的碳、矽、錳、磷及硫)，是在與超硬合金構件4的基端接合的前端側具有錐部8(往前端側漸細)之圓柱狀棒材。以該錐部8的前端為邊界可分成本體部2和柄部3。在錐部8的前端，如第2圖所示設有：與超硬合金構件4的基端部的直徑大致相同且從錐部8的前端稍微突出之對接部10。

將超硬合金構件4和不鏽鋼構件5藉由下述的電阻熔接進行接合後，在超硬合金構件4的前端部形成刃部1而構成第1圖所示的鑽孔工具。

超硬合金構件4和不鏽鋼構件5是藉由所謂電阻熔接進行接合。該電阻熔接的過程，是讓超硬合金構件4的基端部和不鏽鋼構件5的前端部(對接部10)對接，在對接部分並未設置焊料等的第3材料，而在一定壓力下使兩者壓接接觸的狀態下讓電流流過，利用物質間的接觸電阻發熱使接觸部熔融而使成分彼此進行金屬熔合，藉此進行熔接。

在本實施例，是在本體部2的基端部讓超硬合金構件4和不鏽鋼構件5接合，以使接合界面7侵入本體部2側。

具體而言，在讓超硬合金構件4(超硬合金製的棒材)的基端部和不鏽鋼構件5(不鏽鋼製的棒材)互相對接並進行電阻熔接後，將超硬合金構件4的基端部及不鏽鋼構件5的前端部實施除去加工(在本實施例為磨削加工)而做成第2圖或第3圖所示的形狀。亦即，使超硬合金構件4的基端部形成圓柱狀，並在不鏽鋼構件5的前端部形成錐部8和對接部10，然後不是以本體部2和柄部3的界面(不鏽鋼構件5的錐部8的前端面)作為接合界面(兩構件的對接面)，而是加工成讓接合界面7形成在本體部2側，將包含接合界面7之超硬合金構件4與不鏽鋼構件5的接合部6設置在比本體部2與柄部3的邊界更接近本體部2側的位置。

在本實施例，接合部6是設置在：從本體部2與柄部3的邊界起算朝向本體部2的前端5.0mm以下的範圍內。接合部6是指：位於超硬合金構件4的基端部和不鏽鋼構件5的前端部且在接合界面7的附近，經由通電會發生熔融的部分。在本實施例，接合部6的形成寬度E是至少位在本體部2側。此外，接合部6較佳為設置在：從本體部2與柄部3的邊界起算朝向本體部2的前端1.0mm以下的範圍內。

因此，例如要在不鏽鋼構件5的錐部8(柄錐部)的中途部(中間部)進行接合的情況，必須使超硬合金構件4的基端側配合不鏽鋼構件5而變得大徑化，但藉由在本體部2側形成接合界面7，就不須將基端側大徑化，而能減少超硬合金的使用量。

因此，相較於習知品，能將本體部2的長度縮短1.0mm以上，將超硬合金構件4的基端部的直徑縮小0.2mm以上，且能避免在進行鑽孔加工時鑽孔工具前端所受到的外力的影響。此外，超硬合金和不鏽鋼，由於物質的縱彈性模數不同，不鏽鋼的彎曲量較大，或許被認為在本體部2的根部(基端部分)會發生應變變大的問題，但實際上應力是集中在刃部1的根部，本體部2的根部之應變並不會影響鑽孔時的性能這點已被確認。

然而，在藉由電阻熔接進行接合的接合界面7，超硬合金和不鏽鋼的成分彼此熔合，藉由界定該成分並求出最佳量，即可實現接合強度穩定的接合。如第3圖所示將超硬合金和不鏽鋼接合而製作出鑽孔工具的空白試樣(本體部的長度B約6.0mm，柄部的長度約32.0mm，超硬合金構件4的基端部的直徑(接合界面的直徑)C約1.0mm)，對於超硬合金的前端部分，從橫向施加負載而使其破裂，利用應變計式測力計來測定負載並算出破裂應力，其結果如第4圖所示。第4圖的縱軸代表破裂應力，橫軸代表：從超硬合金與不鏽鋼的接合界面起算之超硬合金部中的鈷成分的脫落深度。該脫落深度是依據以下方式來求出。將超硬合金和不鏽鋼接合後沿長邊方向剖成兩半，將其表面施以鏡面硏磨，對於該超硬合金和不鏽鋼的接合部，使用X射線微分析儀(EPMA)，以加速電壓15kV、光束徑0μm的條件將接合界面附近實施影像(mapping)分析(針對鎢成分和鈷成分)，根據測定結果所檢測出的各成分的濃度的最大值，與50%以上的鎢成分和鈷成分做比較而求出。第6圖是以同樣的方式求出破裂應力和鐵成分的侵入深度的結果。

從第4圖可確認出，從超硬合金與不鏽鋼的接合界面起算，在超硬合金部的鈷成分脫落深度在10.0~30.0μm間的破裂應力最大，在比該範圍更深或更淺的情況，破裂應力降低。因此，為了穩定地製造出可發揮穩定的性能之鑽孔工具，鈷成分的脫落深度宜在5.0~50.0μm內。又從第6圖可確認出，在鐵成分的侵入深度為10.0~30.0μm之間破裂應力最大。

第5圖係顯示：從超硬合金與不鏽鋼的界面起算，在超硬合金部的鈷成分脫落深度的一例之EPMA影像。從第5圖可確認出，在從超硬合金與不鏽鋼的界面起算20.0~30.0μm內的範圍鈷成分會脫落。在該脫落的部分，有不鏽鋼成分之鐵成分(鉻成分)侵入。

其理由在於：在電阻熔接的情況，在超硬合金和不鏽鋼進行接合時，會在接合界面瞬間發生高溫，由於碳化鎢成分比鈷成分、鐵成分、鉻成分的熔點更高，碳化鎢成分不會熔融，但鈷成分、鐵成分、鉻成分會發生熔融，而分別侵入不鏽鋼及超硬合金部。

因此，與鈷成分的脫落深度同樣的，鐵成分的侵入深度也是宜在5.0~50.0μm內。

此外，在EPMA影像分析中，為了知道碳化鎢成分的分布狀態而調查鎢成分的分布狀態。如此可界定出：在接合界面，從超硬合金脫落的鈷成分之深度及寬度；從第5圖可確認出，鈷成分之脫落寬度為192μm。在電阻熔接時是瞬間從接合面的中心朝外周方向進行均等的接合，因此鈷成分的脫落區域，是成為從接合面的中心朝向外周方向而呈圓周狀存在。從第5圖可確認出，鈷成分的脫落寬度，是呈環狀存在於從接合面的中心起算168~360μm之間(寬度192μm)，其面積占接合面積約41%。另外經由實驗而確認出：鈷成分脫落且不鏽鋼成分(鐵成分)侵入的面積，若低於接合面積20%則破裂應力會明顯降低。因此，鈷成分脫落且不鏽鋼成分(鐵成分)侵入的面積宜為20%以上。

本實施例藉由採用以上的構造，藉由使超硬合金構件和不鏽鋼構件進行熔接接合，不須使用焊料和化學藥品並能減少超硬合金的使用量，因此可低成本地製造，而且在超硬合金構件與不鏽鋼構件的接合界面以既定範圍讓不鏽鋼構件的鐵成分以既定量侵入超硬合金構件，因此能將兩者非常強固地接合，而能穩定地進行鑽孔加工。

因此，本實施例不須使用焊料和化學藥品並能減少超硬合金的使用量，可發揮充分的接合強度、能低成本地製造且接合強度優異，是相當實用的。

1．．．刃部

2．．．本體部

3．．．柄部

4．．．超硬合金構件

5．．．不鏽鋼構件

6．．．接合部

7．．．接合界面

9．．．切削屑排出溝槽

第1圖係本實施例的概略說明側視圖。

第2圖係本實施例的主要部分之放大概略說明側視圖。

第3圖係超硬合金構件和不鏽鋼構件接合而形成刃部之前的概略說明側視圖。

第4圖係顯示從超硬合金構件的接合界面起算之鈷成分的脫落深度和破裂應力的關係。

第5圖係顯示從超硬合金構件的接合界面之鈷成分的脫落情況之EPMA影像。

第6圖係顯示從超硬合金構件的接合界面起算之鐵成分的侵入深度和破裂應力的關係。

1．．．刃部

2．．．本體部

3．．．柄部

4．．．超硬合金構件

5．．．不鏽鋼構件

6．．．接合部

8．．．錐部

9．．．切削屑排出溝槽

A．．．刃部的直徑

B．．．本體部的長度

C．．．基端部的直徑

D．．．切削屑排出溝槽的溝槽長度

E．．．接合部的形成寬度

Claims

一種鑽孔工具，是由具有刃部之本體部和在前端側具有往前端側漸細的錐部之柄部所構成，前述刃部是由主成分為碳化鎢及鈷之超硬合金所形成，前述柄部是由不鏽鋼所形成，在前述錐部的前端設置對接部，該對接部是由不鏽鋼所形成；其特徵在於：藉由電阻熔接與前述對接部接合之超硬合金部分之基端部的直徑設定為0.6~1.4mm，包含該超硬合金部分與前述對接部的接合界面之接合部，設置在從前述柄部與前述本體部的邊界起算朝向前述本體部的前端1.0mm以下的範圍內；在前述接合界面之至少20%以上的面積，使前述超硬合金部分的鈷成分脫落，且從前述接合界面起算，該鈷成分的脫落深度設定為10.0~30.0μm；從工具軸方向觀察，鈷成分的脫落區域是從接合面的中心朝向外周方向而呈圓周狀存在。
如申請專利範圍第1項記載的鑽孔工具，其中，前述本體部的長度設定為5.0~7.0mm。
如申請專利範圍第2項記載的鑽孔工具，其中，前述刃部的直徑設定為0.4mm以下。
如申請專利範圍第3項記載的鑽孔工具，其中，在前述刃部的外周形成切削屑排出溝槽，該切削屑排出溝槽的溝槽長度設定為5.5mm以下。
一種鑽孔工具之製造方法，該鑽孔工具是由具有刃部之本體部和在前端側具有往前端側漸細的錐部之柄部所構成，前述刃部是由主成分為碳化鎢及鈷之超硬合金所形成，前述柄部是由不鏽鋼所形成，在前述錐部的前端設置對接部，該對接部是由不鏽鋼所形成；該製造方法的特徵在於：與前述對接部接觸之超硬合金部分之基端部的直徑設定為0.6~1.4mm，將該超硬合金和前述對接部藉由電阻熔接進行接合，藉此將包含該超硬合金部分與前述對接部的接合界面之接合部，設置在從前述柄部與前述本體部的邊界起算朝向前述本體部的前端1.0mm以下的範圍內；在前述接合界面之至少20%以上的面積，使前述超硬合金部分的鈷成分脫落，且從前述接合界面起算的脫落深度為10.0~30.0μm；從工具軸方向觀察，鈷成分的脫落區域是從接合面的中心朝向外周方向而呈圓周狀存在。