钻孔工具及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及到钻孔工具及其制造方法。
背景技术
近些年，随着电子设备的小型化、高速化以及高功能化的发展，对半导体IC(Integrate Circuit：集成电路)的高集成化以及在印刷电路板上的高密度安装的要求也提高了。由此，对电子设备内的印刷电路板所使用的钻孔工具的需要也逐年扩大，当前，直径在0.4mm以下的钻孔工具成为了主流。
另外，例如专利文献1中公开的印刷电路板加工用钻孔工具(钻头)的主体结构基本分为下述三种。
(1)整体(solid)型
刃部和钻柄部由硬质合金一体形成，整体使用高价的硬质合金，因此价格昂贵。
(2)插入型
在不锈钢制的杆材中设有凹部，并将硬质合金制的杆材通过热压配合等插入到该凹部中并一体化，在硬质合金侧形成刃部，在不锈钢侧形成钻柄部，由此与整体型钻头相比降低了使用廉价的不锈钢的部分的成本，但是考虑到插入硬质合金制的杆材时的精度，需要将该插入部分形成得稍长，或者需要进行高精度的孔加工，因此成本还是很高。
(3)钎焊型
在刃部和钻柄部之间利用钎料将两者接合起来，因此与插入型钻头相比能够省去插入的部分，从而能够使用更少量的硬质合金，然而需要使用钎料或者化学药品，而且制造工序也增多了，因此相应地成本也升高了。
专利文献1：日本特开2006-55915号公报
如上所述，用于印刷电路板的钻孔工具主要采用的是以碳化钨为主要成分的硬质合金，然而由于碳化钨属于稀有金属，价格高昂，因此减少硬质合金的使用量的话可以减少制造成本。
【发明内容】
本发明就是鉴于上述现状而作出的，提供一种钻孔工具及其制造方法，无需使用钎料或者化学药品就能够削减硬质合金的使用量，而且能够发挥充分的接合强度，能够廉价地进行制造，并且接合强度优秀，极为实用。
参照附图对本发明的主旨进行说明。
第一发明中的钻孔工具的特征在于，该钻孔工具由具有刃部1的主体部2和钻柄部3构成，所述刃部1由以碳化钨和钴为主要成分的硬质合金部件4形成，并且所述钻柄部3由不锈钢部件5形成，将所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5这两者焊接接合起来而构成所述钻孔工具，在所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5的接合界面7的至少20％以上的面积内，所述不锈钢部件5的铁成分渗入所述硬质合金部件4中。
此外，第二发明中的钻孔工具的特征在于，该钻孔工具由具有刃部1的主体部2和钻柄部3构成，所述刃部1由以碳化钨和钴为主要成分的硬质合金部件4形成，并且所述钻柄部3由不锈钢部件5形成，将所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5这两者焊接接合起来而构成所述钻孔工具，在所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5的接合界面7的至少20％以上的面积内，所述不锈钢部件5的铁成分渗入所述硬质合金部件4中，并且该铁成分渗入到所述硬质合金部件4中的渗入深度被设定为5.0～50.0μm。
此外，第三发明中的钻孔工具的特征在于，该钻孔工具由具有刃部1的主体部2和钻柄部3构成，所述刃部1由以碳化钨和钴为主要成分的硬质合金部件4形成，并且所述钻柄部3由不锈钢部件5形成，将所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5这两者焊接接合起来而构成所述钻孔工具，在所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5的接合界面7的至少20％以上的面积内，所述硬质合金部件4的钴成分脱落。
此外，第四发明中的钻孔工具的特征在于，该钻孔工具由具有刃部1的主体部2和钻柄部3构成，所述刃部1由以碳化钨和钴为主要成分的硬质合金部件4形成，并且所述钻柄部3由不锈钢部件5形成，将所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5这两者焊接接合起来而构成所述钻孔工具，在所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5的接合界面7的至少20％以上的面积内，所述硬质合金部件4的钴成分脱落，并且该钴成分从所述接合界面7脱落的脱落深度被设定为5.0～50.0μm。
此外，在第一发明所述地钻孔工具的基础上，第五发明的钻孔工具的特征在于，所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5通过电阻焊接而接合起来。
此外，在第二发明所述的钻孔工具的基础上，第六发明的钻孔工具的特征在于，所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5通过电阻焊接而接合起来。
此外，在第三发明所述的钻孔工具的基础上，第七发明的钻孔工具的特征在于，所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5通过电阻焊接而接合起来。
此外，在第四发明所述的钻孔工具的基础上，第八发明的钻孔工具的特征在于，所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5通过电阻焊接而接合起来。
此外，在第一～第八发明中的任一项所述的钻孔工具的基础上，第九发明的钻孔工具的特征在于，所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5的接合部6(包括所述接合界面7)，相对于所述主体部2和所述钻柄部3的边界设于所述主体部2侧的位置。
此外，在第九发明所述的钻孔工具的基础上，第十发明的钻孔工具的特征在于，所述接合部6设于从所述主体部2与所述钻柄部3的边界朝向所述主体部2的前端不超过5.0mm的范围内。
此外，在第十发明所述的钻孔工具的基础上，第十一发明的钻孔工具的特征在于，所述主体部2的长度被设定为5.0mm～7.0mm。
此外，在第十一发明所述的钻孔工具的基础上，第十二发明的钻孔工具的特征在于，所述硬质合金部件4的与所述不锈钢部件5接触的基端部的直径被设定为0.6～1.4mm。
此外，在第十二发明所述的钻孔工具的基础上，第十三发明的钻孔工具的特征在于，所述刃部1的直径被设定为0.4mm以下。
此外，在第十三发明所述的钻孔工具的基础上，第十四发明的钻孔工具的特征在于，在所述刃部1的外周形成有排屑槽9，并且该排屑槽9的槽长被设定为5.5mm以下。
此外，第十五发明的钻孔工具的制造方法的特征在于，该钻孔工具由具有刃部1的主体部2和钻柄部3构成，所述刃部1由以碳化钨和钴为主要成分的硬质合金部件4形成，并且所述钻柄部3由不锈钢部件5形成，将所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5这两者焊接接合起来而构成所述钻孔工具，所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5通过电阻焊接而接合起来，以使在所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5的接合界面7的至少20％以上的面积内，所述不锈钢部件5的铁成分渗入所述硬质合金部件4中。
此外，第十六发明的钻孔工具的制造方法的特征在于，该钻孔工具由具有刃部1的主体部2和钻柄部3构成，所述刃部1由以碳化钨和钴为主要成分的硬质合金部件4形成，并且所述钻柄部3由不锈钢部件5形成，将所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5这两者焊接接合起来而构成所述钻孔工具，所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5通过电阻焊接而接合起来，以使在所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5的接合界面7的至少20％以上的面积内，所述不锈钢部件5的铁成分渗入所述硬质合金部件4中，并且该铁成分渗入到所述硬质合金部件4中的渗入深度为5.0～50.0μm。
此外，第十七发明的钻孔工具的制造方法的特征在于，该钻孔工具由具有刃部1的主体部2和钻柄部3构成，所述刃部1由以碳化钨和钴为主要成分的硬质合金部件4形成，并且所述钻柄部3由不锈钢部件5形成，将所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5这两者焊接接合起来而构成所述钻孔工具，所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5通过电阻焊接而接合起来，以使在所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5的接合界面的至少20％以上的面积内，所述硬质合金部件4的钴成分脱落。
此外，第十八发明的钻孔工具的制造方法的特征在于，该钻孔工具由具有刃部1的主体部2和钻柄部3构成，所述刃部1由以碳化钨和钴为主要成分的硬质合金部件4形成，并且所述钻柄部3由不锈钢部件5形成，将所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5这两者焊接接合起来而构成所述钻孔工具，所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5通过电阻焊接而接合起来，以使在所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5的接合界面7的至少20％以上的面积内，所述硬质合金部件4的钴成分脱落，并且该钴成分从所述接合界面7脱落的脱落深度为5.0～50.0μm。
本发明由于具有上述结构，因而能够提供一种钻孔工具及其制造方法，无需使用硬钎料或者化学药品就能够削减硬质合金的使用量，而且能够发挥充分的接合强度，能够廉价地进行制造，并且接合强度优秀，极为实用。
【附图说明】
图1是本实施例的概要说明侧视图。
图2是本实施例的主要部分的放大概要说明侧视图。
图3是硬质合金部件和不锈钢部件接合在一起并且在形成刃部之前的概要说明侧视图。
图4是示出硬质合金部件中的钴成分从接合界面脱落的脱落深度与断裂应力的关系的图表。
图5是示出硬质合金部件中的钴成分从接合界面脱落的EPMA测绘图。
图6是示出从接合界面渗入到硬质合金部件中的铁成分的渗入深度与断裂应力的关系的图表。
标号说明
1：刃部；2：主体部；3：钻柄部；4：硬质合金部件；5：不锈钢部件；6：接合部；7：接合界面；9：排屑槽。
【具体实施方式】
对于优选的本发明的实施方式，基于附图示出本发明的作用并进行简单说明。
通过将硬质合金部件4与不锈钢部件5焊接接合在一起，不使用硬钎料或者化学药品就能够削减硬质合金的使用量，从而能够廉价地进行制造，而且由于在硬质合金部件4与不锈钢部件5的接合界面7上的预定范围内，不锈钢部件5的铁成分渗入到硬质合金部件4中，因此能够将两者极为稳固地接合起来，能够利用刃部1稳定地进行钻孔加工。
【实施例】
基于附图对本发明的具体实施例进行说明。
如图1所示，本实施例的钻孔工具由具有刃部1的主体部2和钻柄部3构成，所述刃部1由以碳化钨和钴为主要成分的硬质合金部件4形成，并且所述钻柄部3由不锈钢部件5形成，将所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5这两者焊接接合在一起而构成该钻孔工具，在所述硬质合金部件4和所述不锈钢部件5的接合界面7的至少20％以上的面积内，所述硬质合金部件4的钴成分脱落，并且该钴成分从所述接合界面7脱落的脱落深度被设定为5.0～50.0μm，而且所述不锈钢部件5的铁成分渗入所述硬质合金部件4中，并且该铁成分渗入到所述硬质合金部件4中的渗入深度被设定为5.0～50.0μm。
具体来说，是如下这样的在印刷电路板的钻孔加工中所使用的钻头：刃部的直径A(最大外径)在0.4mm以下，主体部的长度B为5.0～7.0mm，所述硬质合金部件4的与所述不锈钢部件5接触的基端部的直径C为0.6～1.4mm，在刃部1的外周从前端向基端侧形成有螺旋状的排屑槽9，该排屑槽9的槽长D被设定在5.5mm以下。在本实施例中，刃部的直径A约为0.2mm，主体部的长度B约为6.0mm，硬质合金部件4的基端部的直径C约为1.0mm，排屑槽9的槽长D约为5.0mm。
对各部分进行具体说明。
如图3所示，硬质合金部件4由以碳化钨和作为接合材料的钴为主要成分的硬质合金制成，比用于形成钻柄部3的不锈钢部件5的直径小，是直径大致相同的圆柱状杆材。
不锈钢部件5以铁和铬为主要成分，由包含有微量的碳、硅、锰、磷以及硫的马氏体系不锈钢构成，是在与硬质合金部件4的基端接合的前端侧具有越靠前端侧越细的锥部8的圆柱状杆材。以该锥部8的前端为边界分成主体部2和钻柄部3。如图2所示，在该锥部8的前端设有对接部10，该对接部10与硬质合金部件4的基端部的直径大致相同，且从锥部8的前端稍稍突出。
在该硬质合金部件4与不锈钢部件5通过下述的电阻焊接而被接合起来后，在硬质合金部件4的前端部形成刃部1，从而形成图1所示那样的钻孔工具。
硬质合金部件4和不锈钢部件5通过所谓的电阻焊接而接合起来，所述电阻焊接是指：将硬质合金部件4的基端部与不锈钢部件5的前端部(对接部10)对接，并不在对接部分加入硬钎料等第三原材料，而是以一定的压力按压这两者使它们接触，并在该状态下导通电流，利用物质之间的接触电阻发热来使接触部熔融，并使各自的成分彼此发生金属熔合，从而进行焊接。
此外，在本实施例中，以使接合界面7渗入到主体部2侧的方式在主体部2的基端部上进行硬质合金部件4与不锈钢部件5的接合。
具体来说，在将硬质合金部件4(硬质合金制的杆材)的基端部与不锈钢部件5(不锈钢制的杆材)的前端部对接并进行电阻焊接后，对硬质合金部件4的基端部和不锈钢部件5的前端部进行除去加工(在本实施例中为磨削加工)，以形成图2或者图3所示那样的形状。即，使硬质合金部件4的基端部形成为圆柱状，并且在不锈钢部件5的前端部形成锥部8和对接部10，不是以主体部2和钻柄部3的界面(不锈钢部件5的锥形部8的前端面)作为接合界面(两部件的对接面)，而是加工成硬质合金部件4与不锈钢部件5的接合部6(包括接合界面7在内)相对于主体部2和钻柄部3的边界设于主体部2侧的位置，从而使接合界面7形成于主体部2侧。
在本实施例中，接合部6被设置在从主体部2和钻柄部3的边界朝向主体部2的前端不超过5.0mm的范围内。另外，接合部6指的是硬质合金部件4的基端部与不锈钢部件5的前端部的、接合界面7附近的利用通电而熔融的部分。在本实施例中，接合部6的形成宽度E至少被限制在主体部2侧。此外，优选接合部6形成于从主体部2和钻柄部3的边界朝向主体部2的前端不超过1.0mm的范围内。
因而，例如在与不锈钢部件5的锥部8(钻柄锥部)的中途部(中间部)进行接合的情况下，为使硬质合金部件4的基端侧与不锈钢部件5对合而需要相应地增大直径，然而通过使接合界面7形成于主体部2侧，因而无需使基端侧的直径增大，从而能够削减硬质合金的使用量。
因而，与以往相比能够将主体部2的长度缩短1.0mm以上，能够将硬质合金部件4的基端部的直径减小0.2mm以上，并且能够避免在钻孔加工时钻孔工具的前端受到的外力的影响。由于硬质合金和不锈钢的物质的纵弹性系数不同，不锈钢的弯曲较大，因此可以推断出会产生在主体部2的根部(基端部分)挠曲变大的问题，实际上由于应力集中于刃部1的根部，因此可以确认主体部2的根部的挠曲不会影响到钻孔时的性能。
另外，在利用电阻焊接而接合成的接合界面7处，硬质合金与不锈钢的成分相互熔合，通过指定该成分并找出最优量，能够实现接合强度稳定的接合。制作如下这样的如图3所示的将硬质合金与不锈钢接合起来的钻孔工具毛坯：主体部的长度B约为6.0mm，钻柄部的长度约为32.0mm，硬质合金部件4的基端部的直径(接合界面的直径)C约为1.0mm，并对硬质合金的前端部分从横向施加负荷使其断裂，利用应变片式负载传感器测定负荷，并计算出断裂应力，从而在图4中示出计算结果。图4的纵轴为断裂应力，横轴为硬质合金部中从硬质合金与不锈钢的接合界面上脱落的钴成分的脱落深度。在硬质合金与不锈钢接合而成的部件沿长度方向分成两部分的状态下，对表面进行镜面研磨，对该硬质合金与不锈钢的接合部使用X射线显微分析仪(EPMA)，并在加速电压15kV、束直径0μm的条件下，对接合界面附近的钨成分和钴成分进行测绘分析，并对通过该测绘结果检测出的各成分浓度为从最大值到50％以上的钨成分和钴成分进行比较而求得该脱落深度。另外，图6是同样地求得断裂应力和铁成分的渗入深度的结果。
根据图4能够确认，硬质合金部的钴成分从硬质合金与不锈钢的接合界面脱落的脱落深度在10.0～30.0μm之间时断裂应力最大，在比该范围深或者浅的情况下，断裂应力降低。因此，为了能够发挥稳定的性能并稳定地进行钻孔工具的制造，优选将钴成分的脱落深度控制在5.0～50.0μm内。此外，根据图6同样地能够确认，铁成分的渗入深度在10.0～30.0μm之间时断裂应力最大。
图5是示出硬质合金部的钴成分从硬质合金与不锈钢的接合界面脱落的脱落深度的一个例子的EPMA测绘图。根据图5，能够确认钴成分从硬质合金与不锈钢的接合界面脱落的脱落深度在20.0～30.0μm内，在该脱落部分中渗入有不锈钢成分中的铁成分(和铬成分)。
该情况下，在电阻焊接的情况下，在将硬质合金与不锈钢接合起来时，会在接合界面瞬间产生高温，由于碳化钨成分比钴成分、铁成分以及铬成分的熔点都高，因此碳化钨成分不会熔融，钴成分、铁成分以及铬成分熔融，并分别进入到不锈钢以及硬质合金部中。
因此，优选铁成分的渗入深度与钴成分的脱落深度相同，在5.0～50.0μm内。
此外，在EPMA测绘分析中，为了得到碳化钨成分的分布状态，对钨成分的分布状态进行了调查。由此，能够确定在接合界面处钴成分从硬质合金脱落的深度和宽度，根据图5确认钴成分脱落的宽度为192μm。在电阻焊接中，由于是瞬间从接合面的中心向外周方向进行均等地接合，因此钴成分脱落的区域存在于从接合面的中心朝向外周方向的圆周上。根据图5确认钴成分脱落的宽度为从接合面的中心开始的168～360μm间(宽度：192μm)的(环状)范围内，其面积约为接合面积的41％。另外，通过实验确认，钴成分脱落、不锈钢成分(铁成分)渗入的面积不足接合面积的20％的话，断裂应力会显著降低。因此，优选钴成分脱落、不锈钢成分(铁成分)渗入的面积在20％以上。
本实施例由于具有上述结构，通过将硬质合金部件与不锈钢部件焊接接合起来，无需使用硬钎料或者化学药品就能够削减硬质合金的使用量，廉价地进行制造，并且在硬质合金部件与不锈钢部件的接合界面的预定范围内不锈钢部件中的预定量的铁成分渗入到硬质合金部件中，将两者极为稳固地接合起来，从而能够稳定地进行钻孔加工。
因此，本实施例无需使用硬钎料或者化学药品就能够削减硬质合金的使用量，而且能够发挥充分的接合强度，能够廉价地进行制造，并且接合强度优秀，极为实用。