专利名称：开孔工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及开孔工具。
背景技术：
随着近年来的电子设备的显著进步，印刷布线板的高密度安装的要求提高。因此， 例如像专利文献1所公开的那样的印刷布线板(PCB)加工用的开孔工具也逐年小径化，目前，刃部的直径不足0. 4mm的小径开孔工具进入量产化。然而，在这种开孔工具中，公知在进行不充分的圆周速度下的加工的情况下会产生工具折损等不良情况。特别是在极小直径开孔工具的情况下，需要使开孔工具以更高的转速旋转而得到足够的圆周速度，但是，当使该开孔工具以高转速旋转时，会由于离心力而产生工具挠曲并振摆回转的所谓的动态振动。另外，对于通过对具有超硬合金制的刃部的主体部和不锈钢制等的柄部进行焊接接合(例如钎焊)而成的复合材料接合式开孔工具，由于柄部的原材料的纵弹性模量比超硬合金的纵弹性模量小，因此，与在1个超硬合金材料一体地形成有刃部(主体部)和柄部的整体式(solid type)开孔工具相比较，存在动态振动变大的倾向。S卩，如图1(1)所示，一般地，在复合材料接合式开孔工具中，当在柄部使用不锈钢等钢材的情况下，由于钢材的纵弹性模量比超硬合金材料的纵弹性模量小的原因，能够确认到工具的动态振动变大的倾向。在动态振动大的情况下，开孔工具尖端的振摆回转使定位精度恶化，结果使孔位置精度下降。图1(1)的(a)、(b)举例示出表示孔位置精度的图，在图形上描绘有实际加工的孔的位置相对于设定的开孔位置的偏移量((a)、(b)分别描绘有进行6000次开孔(hit)的量的数据)，纵轴(Y轴)与横轴(X轴)的交点(图形中心)表示偏移量为0 μ m。曲线越集中于图形中心则孔位置精度越好，一般地，在通常的旋转区域中的开孔加工中，在整体式开孔工具和复合材料接合式开孔工具中的任一种的情况下，都如图(a)所示曲线比较集中于图形中心。另一方面，在动态振动大的情况下，如图(b)所示曲线并不集中于中心，在孔位置精度极差的情况下形成为大致圆环(doughnut)状的图形。并且，如图1(1) (c)所示，公知动态振动越大则到工具折损为止的寿命(开孔数(加工孔数))越短。在进行开孔加工时存在动态振动的情况下，工具的刀尖在从开孔设定位置偏移的位置切削被切削材料，开孔作业进展则刃部挠曲，当开孔加工至设定的深度而开工加工结束时，工具被从被切削材料拔出，因此，每次进行开孔和拔出时都对刃部的根部附加重复应力，由此会导致疲劳损坏。由于在动态振动大的情况下位置偏移大，因此刃部的挠曲大，因此，由于上述应力的增大，导致折损寿命变短。因此，对于在高速旋转区域中使用的开孔工具，在现状下动态振动小的整体式开孔工具是主流。[专利文献1]日本特开2005-88088号公报但是，在整体式开孔工具中作为稀有金属的钨的使用量多，在环境保护方面和成本方面期望使用复合材料接合式开孔工具。并且，在PCB加工用等的小径开孔工具中，不仅上述的由离心力引起的挠曲会对孔位置精度赋予影响，而且由加工时产生的横向(与工具轴成直角的方向)的负荷引起的挠曲也会对孔位置精度赋予影响，因此一般尽量采用提高了刚性的形状。具体地说，由于加工自身是沿工具轴方向进行，因此横向的负荷比立铣刀等小，即便是在工具尖端施加有来自横向的载荷的情况下，也会在直径比较小的刃部的根部产生应力集中，因此，为了提高孔位置精度，一般进行增大刃部的钻心厚度等的设计。但是，虽然在增大钻心厚度的情况下存在孔位置精度提高的倾向，但是，由于槽体积变小，因此会引起切屑堵塞或加工孔内壁粗糙度的恶化，会产生工具折损或者无法获得足够的孔质量的问题。为了确保槽体积并确保足够的刚性，存在增大工具直径自身的方法， 但是，加工的孔的孔径也变大，因此无法达成作为本来的目的的高密度安装。在追求高转速加工的极小直径工具中，为了不改变工具直径且同时抑制由离心力引起的挠曲、由加工负荷引起的挠曲，在仅着眼于刃部的设计中，难以获得工具整体的刚性和动态振动之间的平衡，在以往的复合材料接合式开孔工具中，难以改善工具尖端的动态振动。另外，图2是示出以往的PCB加工用的钻头的外形的图。图中标号1’为主体部， 2’为刃部，3’为柄部，4’为台阶(step)部，5’为主体锥状部，6’为柄部锥状部，15’为柄部主体，图2 (a)是设有外径恒定的台阶部4’的类型，图2(b)是未设置台阶部4’的类型(所谓的微型钻头(义一“7夕))。具体地说，如图2(a)所示，在刃部2’的基端部设有越靠近基端侧直径越大的锥状的主体锥状部5’，且在该主体锥状部5’的基端连续设置有外径恒定的台阶部4’而构成主体部1’，在所述台阶部4’的基端连续设置有柄部3’。在柄部3’，在柄部主体15’的尖端设有越靠近尖端侧直径越小的锥状的柄部锥状部6’，该柄部锥状部6’与所述台阶部4’连续设置。图2 (b)为未设置台阶部4’的类型，具体地说，在大致相同直径的刃部2’的基端连续设置有柄部3’。在柄部3’，在柄部主体15’的尖端设有越靠近尖端侧直径越小的柄部锥状部6’，该柄部锥状部6’与所述刃部2’连续设置。S卩，图2(b)是不仅不存在台阶部4’、 也不存在主体锥状部5’的形状。以往的复合材料接合式开孔工具，一般以接合边界位于柄部锥状部6’的区域内的方式设计，并且，主体锥状部5’的主体锥角α，一般设定为15°以上，柄部锥状部6’的柄部锥角β，一般设定为20°以上。特别地，一般将主体锥角α，和柄部锥角β，都设定为 30° 90°。这些角度并不是基于后述的本发明的技术思想的设定值，例如只不过是以下述方式设定的角度将开孔工具的柄部直径设定成能够将该开孔工具应用于安装该开孔工具的开孔加工机的主轴卡盘(夹头(collet chuck))的直径，并根据开孔加工机侧的其他的样式或规格，使开孔工具的直径从该柄部直径缩径至直径比柄部直径小的刃部的直径并连续设置。
发明内容
本发明是鉴于上述现状，着眼于刃部与柄部之间的台阶部，通过对台阶部的形状等进行研究得出下述发现而完成的发明即便是复合材料接合式开孔工具，也能够尽可能地抑制高速旋转时的动态振动。本发明提供一种环境保护性和成本性优异的极其实用的开孔工具。下面，参照附图对本发明的主旨进行说明。本发明的技术方案1涉及一种开孔工具，该开孔工具包括主体部1和柄部3，所述主体部1具有刃部2，该刃部2在工具主体的外周形成有一条或者多条从工具尖端朝向基端侧的螺旋状的排屑槽，所述柄部3在基端侧具有直径比所述刃部2的直径大的柄部主体15， 所述刃部2由以碳化钨和钴作为主要成分的超硬合金部件形成，另一方面，所述柄部3由不锈钢部件形成，并且，该超硬合金部件和不锈钢部件焊接接合，在所述刃部2与所述柄部主体15之间设有台阶部4，该台阶部4的中途部的外径比所述刃部2的外径大且比所述柄部主体15的外径小，其特征在于，所述台阶部4的外径设定成越靠近基端侧越阶段性地或者连续地增大。 本发明的技术方案2为，在技术方案1所记载的开孔工具中，其特征在于，所述台阶部4设置于所述主体部1。本发明的技术方案3为，在技术方案2所记载的开孔工具中，其特征在于，在所述台阶部4设置有阶梯差部7，该阶梯差部7连接该台阶部4的尖端侧的小径部和该台阶部的基端侧的大径部。本发明的技术方案4为，在技术方案2所记载的开孔工具中，其特征在于，在所述台阶部4设置有前锥状部8、25、26，该前锥状部8、25、26的外径从尖端侧朝向基端侧而逐渐增大。本发明的技术方案5为，在技术方案4所记载的开孔工具中，其特征在于，所述前锥状部8、25、26的锥角设定成比设于所述柄部尖端的柄部锥状部6的锥角小的值。本发明的技术方案6为，在技术方案1 技术方案5中的任一技术方案所记载的开孔工具中，其特征在于，所述台阶部4的尖端侧预定位置的直径Dl与基端侧预定位置的直径D2的差除以这两点之间的距离Lc而得到的值为在由超硬合金部件形成的部分离工具尖端的距离不足9mm的情况下，由下述表达式(1)表示；在由超硬合金部件形成的部分离工具尖端的距离为9mm以上、12mm以下的情况下，由下述表达式⑵表示，0. 03 彡(D2_D1)/Lc 彡 0. 26 (1)0. 01 ^ (D2-Dl)/Lc ^ 0. 15 (2)。本发明的技术方案7为，在技术方案6所记载的开孔工具中，其特征在于，离工具尖端的距离为4mm的位置处的直径在1. 5mm以下。本发明的技术方案8为，在技术方案6所记载的开孔工具中，其特征在于，所述台阶部4的重心位置位于离工具基端的距离在工具全长的92. 0%以下的位置，并且，工具整体的重心位置位于离工具基端的距离在工具全长的42. 5%以下的位置。本发明的技术方案9为，在技术方案7所记载的开孔工具中，其特征在于，所述台阶部4的重心位置位于离工具基端的距离在工具全长的92. 0%以下的位置，并且，工具整体的重心位置位于离工具基端的距离在工具全长的42. 5%以下的位置。本发明的技术方案10为，在技术方案1 技术方案5中的任一技术方案所记载的开孔工具中，其特征在于，所述台阶部4的尖端侧预定位置的直径Dl与基端侧预定位置的直径D2的差除以这两点之间的距离Lc而得到的值为在由超硬合金部件形成的部分离工具尖端的距离不足9mm的情况下，由下述表达式(3)表示；在由超硬合金部件形成的部分离工具尖端的距离为9mm以上、12mm以下的情况下，由下述表达式⑷表示，0. 03 ^ (D2-Dl)/Lc ^ 0. 15 (3)0. 01 ^ (D2-Dl)/Lc ^ 0. 1 (4)。本发明的技术方案11为，在技术方案10所记载的开孔工具中，其特征在于，离工具尖端的距离为4mm的位置处的直径在0. 8mm以下。本发明的技术方案12为，在技术方案10所记载的开孔工具中，其特征在于，所述台阶部4的重心位置位于离工具基端的距离在工具全长的82. 5%以下的位置，并且，工具整体的重心位置位于离工具基端的距离在工具全长的37. 5%以下的位置。本发明的技术方案13为，在技术方案11所记载的开孔工具中，其特征在于，所述台阶部4的重心位置位于离工具基端的距离在工具全长的82. 5%以下的位置，并且，工具整体的重心位置位于离工具基端的距离在工具全长的37. 5%以下的位置。本发明的技术方案14为，在技术方案8所记载的开孔工具中，其特征在于，该开孔工具是用于加工印刷布线板的钻头。本发明的技术方案15为，在技术方案9所记载的开孔工具中，其特征在于，该开孔工具是用于加工印刷布线板的钻头。本发明的技术方案16为，在技术方案12所记载的开孔工具中，其特征在于，该开孔工具是用于加工印刷布线板的钻头。本发明的技术方案17为，在技术方案13所记载的开孔工具中，其特征在于，该开孔工具是用于加工印刷布线板的钻头。由于本发明以上述方式构成，因此即便是复合材料接合式开孔工具也能够尽可能地抑制高速旋转时的动态振动，是环境保护性和成本性优异的极其实用的开孔工具。
图1是关于开孔工具的动态振动的概要说明图。图2是对现有形状进行说明的概要说明侧视图。图3是设有阶梯差部的开孔工具的概要说明侧视图。图4是设有前锥状部的开孔工具的概要说明侧视图。图5是设有前锥状部的开孔工具的概要说明侧视图。图6是关于开孔工具的动态振动与纵弹性模量之间的关系的概要说明图。图7是关于开孔工具的动态振动与质量、重心位置之间的关系的概要说明图。图8是关于开孔工具的动态振动与刚性之间的关系的概要说明图。图9是关于开孔工具的动态振动的概要说明图。图10是示出柄部直径为2mm的开孔工具的实验条件和实验结果的概要说明图。图11是示出柄部直径为3. 175mm的开孔工具的实验条件和实验结果的概要说明图。1 主体部；2 刃部；3 柄部(shank) ；4 台阶部；6 柄部锥状部；7 阶梯差部；8、 25,26 前锥状(front taper)部；15 柄部主体；Dl 尖端侧预定位置的直径；D2 基端侧预定位置的直径；Lc 两点间的距离。
具体实施例方式根据附图示出本发明的作用并对本发明的优选实施方式进行简单说明。将开孔工具把持于开孔加工机的主轴卡盘(夹头)，并利用该开孔工具进行旋转切削加工。此时，通过使台阶部4的外径越靠近基端侧越阶段性地增大或者连续地增大而形成开孔工具，能够减小开孔工具从夹头突出的突出部的质量，能够提高开孔工具的刚性， 并且能够减轻由离心力和横向的负荷引起的挠曲。并且，通过将开孔工具形成为越靠近尖端侧质量越小，由此重心位置靠近夹头侧，能够充分地减轻由离心力引起的挠曲。由此，能够减轻由横向的负荷和离心力引起的挠曲双方，即便是复合材料接合式开孔工具也能够尽可能地抑制高速旋转时的动态振动。[实施例]下面，根据附图对本发明的具体实施例进行说明。本实施例的开孔工具包括主体部1和柄部3，主体部1具有刃部2，该刃部2在工具主体的外周形成有一条或者多条从工具尖端朝向基端侧的螺旋状的排屑槽，柄部3在基端侧具有直径比所述刃部2的直径大的柄部主体15，所述刃部2由以碳化钨和钴作为主要成分的超硬合金部件形成，所述柄部3由不锈钢部件形成，并且，该超硬合金部件和不锈钢部件焊接接合，在所述刃部2与所述柄部主体15之间设有台阶部4，台阶部4的中途部的外径比所述刃部2的外径大且比所述柄部主体15的外径小，其中，所述台阶部4的外径设定成越靠近基端侧越阶段性地或者连续地增大。具体地说，本实施例是刃部2的直径不足0. 4mm的PCB加工用的钻头，该钻头具备主体部1和柄部3，主体部1具有在尖端形成有对被切削物实施开孔加工的切削刃的刃部 2，柄部3由开孔加工机的夹头把持。下面，对各个部分进行具体说明。台阶部4设在主体部1的刃部2与柄部3的柄部主体15之间，该台阶部4也可以与刃部2和柄部3分体设置，并分别与刃部2和柄部3焊接接合(例如钎焊)。即，如前面所述，以往的复合材料接合式开孔工具一般以接合边界位于柄部锥状部6’的区域内的方式设计，但是，在本实施例中，接合边界可以与以往一样位于柄部锥状部6’的区域内，也可以位于其他的部位，并无特殊限定。具体地说，既可以形成为在主体部1的刃部2的基端部设有越靠近基端侧直径越大的锥状的主体锥状部5，在该主体锥状部5的基端连续设置有台阶部4，在柄部3的柄部主体15的尖端设有越靠近尖端侧直径越小的锥状的柄部锥状部6，该柄部锥状部6的尖端与所述台阶部4的基端连续设置的结构，也可以形成为并未设置主体锥状部5或柄部锥状部6、或者并未设置二者，且在刃部2与柄部主体15之间设置台阶部4的结构。并且，台阶部4可以与主体部1 一样由超硬合金制作(在柄部锥状部6对超硬合金制部分和不锈钢制部分进行焊接接合)，也可以与柄部3—样由不锈钢制作(在主体锥状部5对超硬合金制部分和不锈钢制部分进行焊接接合)，并且，也可以形成为台阶部4的尖端侧由超硬合金制作且基端侧由不锈钢制作。并且，也可以形成为分别形成超硬合金制部分和不锈钢制部分、并对二者进行焊接接合的结构。具体地说，对于台阶部4，在工具全长为36mm 40mm、柄部主体15的直径(柄部直径)为2. 6mm 3. 6mm(更具体地说为3. 175mm)的情况下，尖端侧预定位置的直径Dl与基端侧预定位置的直径D2的差除以这两点之间的距离Lc得到的值设定为在由超硬合金部件形成的部分离刃部2的尖端的距离不足9mm(由超硬合金部件形成的部分距离工具尖端的长度Lb不足9mm)的情况下，由下式0. 03彡(D2-D1) /Lc彡0. 26表示；在Lb为9mm以上、12mm以下的情况下，由下式0. 01 ^ (D2_D1)/Lc ^ 0. 15表示。并且，在柄部直径为2. 6mm 3. 6mm的情况下，距离工具尖端4mm的位置处的直径设定为1. 5mm以下。并且构成为在柄部直径为2. 6mm 3. 6mm的情况下，台阶部4的重心位置位于离工具基端的距离在工具全长的92. 0%以下的位置，且工具整体的重心位置位于离工具基端的距离在工具全长的42. 5%以下的位置。另一方面，对于台阶部4，在工具全长为22mm 34mm、且柄部直径为1. 3mm 2. 5mm(更具体地说为2mm)的情况下，尖端侧预定位置的直径Dl与基端侧预定位置的直径 D2的差除以这两点之间的距离Lc得到的值设定为在由超硬合金部件形成的部分离刃部2 的尖端的距离不足9mm(由超硬合金部件形成的部分距离工具尖端的长度Lb不足9mm)的情况下，由下式0. 03彡(D2-Dl)/Lc彡0. 15表示；在Lb为9mm以上、12mm以下的情况下， 由下式 0. 01 ^ (D2-Dl)/Lc ^ 0. 1 表示。并且，在柄部直径为1. 3mm 2. 5mm的情况下，距离工具尖端4mm的位置处的(台阶部4的)直径设定为0. 8mm以下。并且构成为在柄部直径为1. 3mm 2. 5mm的情况下，台阶部4的重心位置位于离工具基端的距离在工具全长的82. 5%以下的位置，且工具整体的重心位置位于离工具基端的距离在工具全长的37. 5%以下的位置。另外，PCB加工用的钻头从夹头突出的突出长度通常为大约15mm 24mm，使用超硬合金部件的部分离工具尖端的长度通常在12mm以下。台阶部4的外径越靠近基端侧越阶段性地或者连续地增大的形状，只要满足上述的要件，可以是任意的形状，例如，能够借助以下结构达成如图3所示的设置连接台阶部4 的尖端侧的小径部和台阶部4的基端侧的大径部的阶梯差部7的结构；如图4、5所示的设置从尖端侧朝向基端侧而外径逐渐增大的前锥状部8的结构；或者未图示的设置从尖端侧朝向基端侧而曲线状地扩径的扩径部的结构；以及其他的组合上述结构的结构。图3示出与图2(a)所示的现有形状一样设置主体锥状部5和柄部锥状部6、并且设置上述阶梯差部7的类型。图3(a)为在主体锥状部5与柄部锥状部6之间作为台阶部 4设置第一直线部9、直径比该第一直线部9的直径大的第二直线部10、以及第一直线部9 和第二直线部10之间的越靠近尖端侧直径越小的锥状的阶梯差部7的结构。并且，图3 (b) 为具有如下的台阶部4的开孔工具，该台阶部4设置在主体锥状部5和柄部锥状部6之间， 且形成为在第一直线部9和第二直线部10以及第二直线部10和第三直线部11之间分别设有阶梯差部7的结构。另外，在本实施例中，所谓直线部是指直径恒定的圆筒状部分。并且，在图3中，上述尖端侧预定位置的直径Dl是台阶部4的尖端位置处的直径， 上述基端侧预定位置的直径D2是台阶部4的基端位置处的直径。另外，台阶部4的基端位置是与主体部1的基端位置相同的位置。具体地说，在图3(a)中，上述尖端侧预定位置的直径Dl是主体锥状部5的基端与第一直线部9的尖端之间的连续设置部处的直径，上述基端侧预定位置的直径D2是第二直线部10的基端与柄部锥状部6的尖端之间的连续设置部处的直径，在图3(b)中，上述直径Dl是主体锥状部5的基端与第一直线部9的尖端之间的连续设置部处的直径，上述直径D2是第三直线部11的基端与柄部锥状部6的尖端之间的连续设置部处的直径。但是，在该台阶部4的基端位置(主体部1的基端位置)La位于离工具尖端的距离在8mm以上的位置的情况下，上述直径D2是离工具尖端的距离为8mm的位置处的直径。图4示出与图2(a)所示的现有形状一样设置主体锥状部5和柄部锥状部6、并设置上述前锥状部8的类型。图4(a)是在主体锥状部5与柄部锥状部6之间作为台阶部4设置有前锥状部8 的结构。图4(b)是在主体锥状部5与柄部锥状部6之间作为台阶部4设置有尖端侧直线部12和前锥状部8的结构，该前锥状部8经由阶梯差部7设置于尖端侧直线部12的基端侧，图4(c)是在主体锥状部5与柄部锥状部6之间作为台阶部4设置有前锥状部8和基端侧直线部13的结构，该基端侧直线部13设置于前锥状部8的基端侧，图4(d)是在主体锥状部5与柄部锥状部6之间作为台阶部4设置有尖端侧直线部12、前锥状部8、以及基端侧直线部13的结构，前锥状部8经由阶梯差部7设置于尖端侧直线部12的基端侧，基端侧直线部13设置于前锥状部8的基端侧。另外，在图4中，前锥状部8的锥角设定成比柄部锥状部6的锥角小的值。并且，在图4中，与图3 —样，上述尖端侧预定位置的直径Dl是台阶部4的尖端位置处的直径，上述基端侧预定位置的直径D2是台阶部4的基端位置处的直径。另外，台阶部4的基端位置是与主体部1的基端位置相同的位置。具体地说，在图4(a)中，上述直径 Dl是主体锥状部5的基端与前锥状部8的尖端之间的连续设置部处的直径，上述直径D2 是前锥状部8的基端与柄部锥状部6的尖端之间的连续设置部处的直径，在图4(b)中，上述直径Dl是主体锥状部5的基端与尖端侧直线部12的尖端之间的连续设置部处的直径， 上述直径D2是前锥状部8的基端与柄部锥状部6的尖端之间的连续设置部处的直径，在图 4(c)中，上述直径Dl是主体锥状部5的基端与前锥状部8的尖端之间的连续设置部处的直径，上述直径D2是基端侧直线部13的基端与柄部锥状部6的尖端之间的连续设置部处的直径，在图4(d)中，上述直径Dl是主体锥状部5的基端与尖端侧直线部12的尖端之间的连续设置部处的直径，上述直径D2是基端侧直线部13的基端与柄部锥状部6的尖端之间的连续设置部处的直径。但是，在该台阶部4的基端位置(主体部1的基端位置)La位于离工具尖端的距离在8mm以上的位置的情况下，上述直径D2是离工具尖端的距离为8mm的位置处的直径。另外，在图3、图4中，由于加工工具加工时例如由作为加工工具的磨石的形状塌边等引起的加工误差，有可能无法严密地特定上述直径Dl和D2的位置。在该情况下，上述直径Dl也可以是比预定位置(台阶部4的尖端位置)稍靠基端侧的位置处的直径、上述直径D2也可以是比预定位置(台阶部4的基端位置)稍靠尖端侧的位置处的直径，以避开加工误差区域。并且，本发明人等根据后述的见解进行了各种实验，并且发现通过下述方式制作构成台阶部4的部位也能够得到本发明的效果不设置在图3、图4所示的在现有形状中也设有的锥角比较大的主体锥状部5，而是(分别如图5(a)、(b)、(d)所示)在刃部2的基端连续设置越靠近基端侧直径越大的锥角不足15°的前锥状部25 (与刃部连续设置)；或者不形成直线状的锥状，而是在刃部2的基端设置越靠近基端侧直径越大的外形朝工具轴侧 (工具中心侧)凸出的曲线状的曲面部(与刃部连续设置)。并且，同样，发现通过下述方式制作构成台阶部4的部位也能够得到本发明的效果不设置锥角比较大的柄部锥状部6， 而是(分别如图5(b)、(c)、(d)所示)在柄部主体15的尖端连续设置越靠近尖端侧直径越小的锥角不足20°的前锥状部沈(与柄部连续设置)；或者不形成直线状的锥状，而是在柄部主体15的尖端设置越靠近尖端侧直径越小的外径朝工具轴侧凸出的曲线状的曲面部 (与柄部连续设置)。下面，根据图5进行具体的说明。图5 (a)是在刃部2与柄部锥状部6之间作为台阶部4设置有前锥状部25(与刃部连续设置)的结构。并且，图5(b)是在刃部2与柄部主体15之间作为台阶部4设置有前锥状部25、直线部14以及前锥状部沈的结构，前锥状部25与刃部2的基端连续设置(与刃部连续设置)，直线部14与该前锥状部25 (与刃部连续设置)的基端连续设置，前锥状部 26与柄部主体15的尖端连续设置(与柄部连续设置)，且该前锥状部沈的尖端与直线部 14的基端连续设置。并且，图5(c)是在主体锥状部5 (设置于刃部2的基端部)与柄部主体15之间作为台阶部4设置有前锥状部沈(与柄部连续设置)的结构。并且，图5(d)是在刃部2与柄部主体15之间作为台阶部4直接连续设置前锥状部25(与刃部连续设置) 和前锥状部沈(与柄部连续设置)的结构。因此，在图5(a)中，形成于刃部2与柄部锥状部6之间的部位Ld构成台阶部4，在图5(b) (d)中，形成于刃部2与柄部主体15之间的部位Ld构成台阶部4。并且，在图5中，与图3、图4 一样，上述尖端侧预定位置的直径Dl是台阶部4的尖端位置处的直径，上述基端侧预定位置的直径D2是台阶部4的基端位置处的直径。但是， 在设置有所述前锥状部25 (锥角不足15° )(与刃部连续设置)或者所述曲面部(呈朝工具轴侧凸出的曲线状)(与刃部连续设置)的工具中，由于是存在前述的加工误差的可能性高等的形状，因此难以特定上述直径Dl的预定位置(台阶部4的尖端位置=刃部2的基端位置)，因此，上述直径Dl是离工具尖端的距离为刃部2的公称长度+Imm的位置处的直径。 另外，台阶部4的基端位置是与主体部1的基端位置相同的位置。具体地说，在图5(a)中，上述直径Dl是离工具尖端的距离为刃部2的公称长度 +Imm的位置处的直径，上述直径D2是前锥状部25 (与刃部连续设置)的基端与柄部锥状部 6的尖端之间的连续设置部处的直径。并且，在图5(b)中，上述直径Dl是离工具尖端的距离为刃部2的公称长度+Imm的位置处的直径，上述直径D2是离工具尖端的距离为8mm的位置处的直径(其原因在后面叙述)。并且，在图5(c)中，上述直径Dl是主体锥状部5 (设置于刃部2的基端部)的基端和前锥状部沈(与柄部连续设置)的尖端之间的连续设置部处的直径，上述直径D2是离工具尖端的距离为8mm的位置的直径(其原因在后面叙述)。并且，在图5(d)中，上述直径Dl是离工具尖端的距离为刃部2的公称长度+Imm的位置处的直径，上述直径D2是离工具尖端的距离为8mm的位置的直径(其原因在后面叙述)。其中， 在该台阶部4的基端位置(主体部1的基端位置)La位于离工具尖端的距离在8mm以上的位置的情况下，上述直径D2是离工具尖端的距离为8mm的位置的直径。因此，在图5(b) (d)中，上述直径D2是离工具尖端的距离为8mm的位置的直径，这是因为作为设置有与柄部主体15的尖端连续设置(与柄部连续设置)的前锥状部沈的结构，在形成为满足上述的本发明的要件的形状的情况下，该台阶部4的基端位置La通常为离工具尖端的距离在8mm 以上的位置。另外，在图5中，在具有主体锥状部5或者柄部锥状部6的情况下，如图3、图4的情况一样，由于存在前述的加工误差，因此无法严密地特定上述直径Dl和D2的位置。在该情况下，上述直径Dl也可以是比预定位置(台阶部4的尖端位置)稍靠基端侧的位置处的直径、上述直径D2也可以是比预定位置(台阶部4的基端位置)稍靠尖端侧的位置处的直径，以避开加工误差区域。以上的条件是通过根据图6 9所示的见解进行如图10、11所示的实验，并对结果进行整理而得到的。作为钻头旋转时的动态振动的主要原因(赋予影响的因子)能够举出原材料的纵弹性模量、质量、重心位置、刚性。首先，根据图6对纵弹性模量进行说明。所使用的超硬合金的纵弹性模量一般为大约600GPa，不锈钢的纵弹性模量为大约200GPa，二者之间存在大约3倍的差。钻头的动态振动受到由离心力引起的挠曲的挠曲容易度(纵弹性模量)的影响。借助钻头旋转时产生的离心力，在从夹头突出的突出部整体的根部(由夹头把持的把持部分的尖端边界部分)施加有最大的应力。如果是相同的形状，则质量轻的组合式开孔工具(复合材料接合式开孔工具)的离心力小，施加于根部的应力小，但是，由于构成突出部根部的不锈钢的纵弹性模量过差，因此容易挠曲。图6(1)是整体都由超硬合金制作的整体式开孔工具，(2)是从尖端到柄部锥状部的尖端侧的一部分由超硬合金制作且柄部由不锈钢制作的组合式开孔工具，(3)是从尖端到台阶部的尖端侧的一部分由超硬合金制作且其余部分由不锈钢制作的组合式开孔工具， 当以台阶部和突出部整体、分开对基于纵弹性模量的挠曲容易度进行比较时，图6(1)的台阶部和突出部都难以挠曲，( 为仅由超硬合金制作的台阶部难以挠曲，(3)的台阶部和突出部都容易挠曲。图6的上部的比较照片是图6(1)和(3)的比较，左侧为(1)，右侧为(3)， 可以看出右侧的工具在突出部的根部和台阶部的挠曲都大。另外，图6(1) (3)的外形形状是与图2(a) —样的现有形状。根据图7对质量、重心位置进行说明。所使用的超硬合金的密度一般为大约 15X103kg/m3，不锈钢的密度为大约7. 7X103kg/m3,因此，二者之间存在大约2倍的差。钻头旋转时受到的离心力受质量的影响。并且，对于预定的离心力，挠曲容易度受重心位置与应力集中部位之间的距离(二者越接近越难以挠曲)的影响。另外，与图6 —样，图7(1)是整体都由超硬合金制作的整体式开孔工具，(2)是从尖端到柄部锥状部的尖端侧的一部分由超硬合金制作且柄部由不锈钢制作的组合式开孔工具，( 是从尖端到台阶部的尖端侧的一部分由超硬合金制作且其余部分由不锈钢制作的组合式开孔工具。当以台阶部和突出部整体分开对基于质量的挠曲容易度进行比较时，图7(1)的台阶部和突出部都容易挠曲，O)的柄部由不锈钢制作因此突出部整体难以挠曲，(3)的台阶部和突出部都难以挠曲。并且，当以台阶部和突出部整体分开对由重心位置导致的挠曲容易度进行比较时，图7(1)的台阶部和突出部的重心位置都靠近基端侧，都难以挠曲，( 的仅由超硬合金制作的台阶部难以挠曲，(3)的台阶部容易挠曲，作为突出部整体稍稍难以挠曲。具体地说，在不改变工具全长而延长台阶部的情况下，台阶部的质量变重，在台阶部产生的离心力变大。并且，突出部的质量变轻，在突出部整体产生的离心力变小。另一方面，当缩短台阶部时，台阶部的质量变轻，在台阶部产生的离心力变小。并且，突出部的质量变重，在突出部整体产生的离心力变大。在图7的(1) (3)中使工具的形状和突出部的长度相同而进行比较，因此，质量和重心位置依赖于工具所使用的材质、使用的部位以及使用的量。并且，在组合式开孔工具中，尖端侧的超硬合金材料使用量(距离工具尖端的使用长度)越大则突出部的重心位置越靠近尖端侧，相对于预定的离心力的挠曲越大。并且， 关于台阶部的重心位置，当在台阶部的中途部接合刃部侧的超硬合金部件和柄部侧的不锈钢部件的情况下，尖端侧的超硬合金材料使用量越大则重心位置越靠近尖端侧，相对于预定的离心力的挠曲越大。S卩，在组合式开孔工具中，重心位置变化和质量变化意义相同，实际上质量和重心位置同时对挠曲赋予影响。根据图8对刚性进行说明。柄部的直径对刚性的影响大。在PCB加工用的钻头中柄部直径被限定，材质的纵弹性模量大致反映钻头的刚性。台阶部的刚性，根据台阶部的形状、材质的构成而变化。图8的(1) (3)与图6、图7的(1) (3) —样。图8的(4)为在从尖端到台阶部的尖端侧的一部分由超硬合金制作而其余部分由不锈钢制作的组合式开孔工具(3) 中，延长台阶部的长度而得到的组合式开孔工具，图8的(5)为在从尖端到台阶部的尖端侧的一部分由超硬合金制作而其余部分由不锈钢制作的组合式开孔工具(3)中，使台阶部的直径变细而得到的组合式开孔工具。当以台阶部和突出部整体分开对由基于刚性的挠曲容易度进行比较时，图8(1) 的台阶部和突出部都难以挠曲，(2) 的柄部由不锈钢制作因此突出部整体都容易挠曲，并且，⑵的台阶部整体都由超硬合金制作因此台阶部难以挠曲，⑶的台阶部比G)、 (5)粗或者短因此也稍稍难以挠曲，的台阶部长、(5)的台阶部细因此二者容易挠曲。以上，如图9中的整理后的结果所示，在组合式的PCB加工用的钻头中，不仅刃部会产生挠曲，而且在突出部整体和台阶部双方也会产生挠曲，因此如果不能获得整体的质量和重心位置的平衡，以及台阶部的质量、重心位置、刚性(形状)的平衡则无法抑制挠曲。因此，在本实施例中，对台阶部和突出部进行如下的考虑，针对现有例(1)和现有例(3)，达成了实施例⑵和实施例⑷的结构。图9中下部的图形是对它们的动态振动与超硬合金制作的整体式开孔工具(形状与现有例(1)、C3)相同)进行比较的图。可以看出实施例O)、(4)都能够获得接近整体式开孔工具的特性。S卩，对于台阶部，能够通过减轻质量而减小产生的离心力并抑制动态振动，但是， 由于如果刚性弱则容易挠曲，因此，为了使台阶部具有刚性，将台阶部形成为越靠近基端侧则外径越阶段性地或者连续地增大的形状，同时使台阶部的重心位置位于基端侧。并且，在尖端侧使用的纵弹性模量高的超硬合金部件设计得细，纵弹性模量低的不锈钢部件设计得粗，由此能够保持刚性并减轻质量。这与前面所述的将离工具尖端的距离为4mm的位置处的直径设定为预定值(1. 5mm以下或者0. 8mm以下)的情况相关联。并且，对于突出部，能够通过延长台阶部、使台阶部直径变细等使突出部整体轻量化而减小产生的离心力且将重心位置设定于基端侧。台阶部的重心位置设定得越靠近基端侧则对于动态振动的抑制越有利。这与前面所述的台阶部4的基端位置(主体部1的基端位置)La位于离工具尖端的距离在8mm以上的位置的情况下将上述直径D2设为离工具尖端的距离为8mm的位置处的直径的情况相关联，并且，与将台阶部4的重心位置和工具整体的重心位置设定于通过离工具基端的距离与工具全长之比表示的预定的位置的情况相关联。图10是示出柄部直径为2mm的情况下的实验条件和实验结果的图，图11是示出柄部直径为3. 175mm的情况下的实验条件和实验结果的图。工具尖端的与柄部颜色不同的部位是由超硬合金制作的部分，该超硬合金制部分形成一体。该超硬合金制部分的基端与不锈钢制部分的尖端被焊接接合。工具的形状或超硬合金材料使用量等各种各样，但是，能够确认，与不满足上述条件的现有例相比，满足上述条件的例子的动态振动都被抑制。并且，对于图10的实施例No. 10、No. 11，虽然台阶部的直径并不是越靠近基端侧越大，但是，通过以使重心位置满足本实施例所涉及的条件的方式设定台阶部的形状，能够确认到比较能够抑制动态振动。即，能够确认到通过将重心位置设定为上述条件能够大幅改善动态振动。另外，对于动态振动，如图1(2)所示，通过测定使开孔工具以300krpm的速度旋转的情况下的动态振动并进行比较来进行评价。在该图1( 中，相当于图10的现有例No. 2 的现有形状的复合材料接合式开孔工具(b)，显示出现有形状的整体式开孔工具(a)的大约5倍的动态振动，但是，根据相当于图10的实施例No. 1的本实施例的复合材料接合式开孔工具(c)，确认到与现有形状的复合材料接合式开孔工具(b)相比能够大幅地抑制动态振动。发生这种情况的原因认为是如图1( 右侧的图形所示，重心位置靠近夹头侧(工具基端侧)而产生的效果大。由于本实施例以上述方式构成，因此，当将开孔工具把持于开孔加工机的主轴卡盘(夹头)并利用该开孔工具进行旋转切削加工时，能够缩小开孔工具从夹头突出的突出部的质量、能够提高刚性、并且能够减轻由离心力和横向的负荷引起的挠曲。并且，通过使开孔工具越靠近尖端侧而质量越小，重心位置靠近夹头侧，能够充分地减轻由离心力引起的挠曲。因此，能够减轻由横向的负荷和离心力双方引起的挠曲，即便是复合材料接合式开孔工具也能够尽可能地抑制高速旋转时的动态振动。因此，对于本实施例，即便是复合材料接合式开孔工具也能够尽可能地抑制高速旋转时的动态振动，环境保护性和成本性优异，是极其实用的。
权利要求
1.一种开孔工具，该开孔工具包括主体部和柄部，所述主体部具有刃部，该刃部在工具主体的外周形成有一条或者多条从工具尖端朝向基端侧的螺旋状的排屑槽，所述柄部在基端侧具有直径比所述刃部的直径大的柄部主体，所述刃部由以碳化钨和钴作为主要成分的超硬合金部件形成，另一方面，所述柄部由不锈钢部件形成，并且，该超硬合金部件和不锈钢部件焊接接合，在所述刃部与所述柄部主体之间设有台阶部，该台阶部的中途部的外径比所述刃部的外径大且比所述柄部主体的外径小，所述开孔工具的特征在于，所述台阶部的外径设定成越靠近基端侧越阶段性地或者连续地增大。
2.根据权利要求1所述的开孔工具，其特征在于，所述台阶部设置于所述主体部。
3.根据权利要求2所述的开孔工具，其特征在于，在所述台阶部设置有阶梯差部，该阶梯差部连接该台阶部的尖端侧的小径部和该台阶部的基端侧的大径部。
4.根据权利要求2所述的开孔工具，其特征在于，在所述台阶部设置有前锥状部，该前锥状部的外径从尖端侧朝向基端侧而逐渐增大。
5.根据权利要求4所述的开孔工具，其特征在于，所述前锥状部的锥角设定成比设于所述柄部尖端的柄部锥状部的锥角小的值。
6.根据权利要求1 5中的任一项所述的开孔工具，其特征在于，所述台阶部的尖端侧预定位置的直径与基端侧预定位置的直径的差除以这两点之间的距离而得到的值为在由超硬合金部件形成的部分离工具尖端的距离不足9mm的情况下，由下述表达式 (1)表示；在由超硬合金部件形成的部分离工具尖端的距离为9mm以上、12mm以下的情况下，由下述表达式(2)表示，0. 03 彡(D2-D1) /Lc 彡 0. 26 (1)0. 01 彡(D2-Dl)/Lc 彡 0. 15 (2)。
7.根据权利要求6所述的开孔工具，其特征在于，离工具尖端的距离为4mm的位置处的直径在1. 5mm以下。
8.根据权利要求6所述的开孔工具，其特征在于，所述台阶部的重心位置位于离工具基端的距离在工具全长的92. 0%以下的位置，并且，工具整体的重心位置位于离工具基端的距离在工具全长的42. 5%以下的位置。
9.根据权利要求7所述的开孔工具，其特征在于，所述台阶部的重心位置位于离工具基端的距离在工具全长的92. 0%以下的位置，并且，工具整体的重心位置位于离工具基端的距离在工具全长的42. 5%以下的位置。
10.根据权利要求1 5中的任一项所述的开孔工具，其特征在于，所述台阶部的尖端侧预定位置的直径与基端侧预定位置的直径的差除以这两点之间的距离而得到的值为在由超硬合金部件形成的部分离工具尖端的距离不足9mm的情况下，由下述表达式 (3)表示；在由超硬合金部件形成的部分离工具尖端的距离为9mm以上、12mm以下的情况下，由下述表达式(4)表示，`0. 03 彡(D2-Dl)/Lc 彡 0. 15 (3) 0. 01 ^ (D2-Dl)/Lc ^ 0. 1 (4)。
11.根据权利要求10所述的开孔工具，其特征在于， 离工具尖端的距离为4mm的位置处的直径在0. 8mm以下。
12.根据权利要求10所述的开孔工具，其特征在于，所述台阶部的重心位置位于离工具基端的距离在工具全长的82. 5%以下的位置，并且，工具整体的重心位置位于离工具基端的距离在工具全长的37. 5%以下的位置。
13.根据权利要求11所述的开孔工具，其特征在于，所述台阶部的重心位置位于离工具基端的距离在工具全长的82. 5%以下的位置，并且，工具整体的重心位置位于离工具基端的距离在工具全长的37. 5%以下的位置。
14.根据权利要求8所述的开孔工具，其特征在于， 该开孔工具是用于加工印刷布线板的钻头。
15.根据权利要求9所述的开孔工具，其特征在于， 该开孔工具是用于加工印刷布线板的钻头。
16.根据权利要求12所述的开孔工具，其特征在于， 该开孔工具是用于加工印刷布线板的钻头。
17.根据权利要求13所述的开孔工具，其特征在于， 该开孔工具是用于加工印刷布线板的钻头。
全文摘要
本发明提供环境保护性和成本性优异的极其实用的开孔工具。该开孔工具由主体部(1)和柄部(3)构成，主体部具有刃部(2)，刃部在工具主体的外周形成有一条或多条从工具尖端朝向基端侧的螺旋状的排屑槽，柄部在基端侧具有直径比所述刃部(2)大的柄部主体(15)，所述刃部(2)由以碳化钨和钴作为主要成分的超硬合金部件形成，而所述柄部(3)由不锈钢部件形成，且该超硬合金部件和不锈钢部件焊接接合，在所述刃部(2)与所述柄部主体(15)之间设有台阶部(4)，该台阶部的中途部的外径比所述刃部(2)的外径大且比所述柄部主体(15)的外径小，其中，所述台阶部(4)的外径设定成越靠近基端侧越阶段性地或者连续地增大。
文档编号B23B51/00GK102198533SQ20101053418
公开日2011年9月28日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年3月25日
发明者大内清明, 津坂英夫, 渡边昌英 申请人:佑能工具株式会社