JP3539227B2 - 穴明け工具 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてプリント基板に小径の孔を穿設するのに用いられる小型ドリルなどの穴明け工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にプリント基板に穴明け加工するために用いる小型ドリルは、穿孔すべき孔が例えばφ１．０ｍｍ以下等きわめて小径であるため、ドリル本体の刃部の先端に例えば外径０．１〜３．１７５ｍｍ程度の小径の切刃が設けられ、後端側にドリル本体を工作機械の回転軸に把持するための比較的大径のシャンク部が刃部と一体にまたはろう付け等で接続されて設けられている。刃部の材質は、通常、超硬合金が採用され、シャンク部は超硬合金やスチール等の鋼材等が採用されている。
ところで、小型ドリルでプリント基板に穿孔する場合、通常、プリント基板は合成樹脂板にアルミ箔、銅箔、ガラス繊維等が付着されて形成されており、穿孔時には、図５に示すように複数枚、例えば４枚のプリント基板１を積層し、更にその上下にあて板２と敷板３を密着させた状態で、小型ドリル４を用いて４枚のプリント基板に一気に穿孔することになる。
【０００３】
このような小型ドリル４は、例えば図６及び図７に示す構成を備えている。即ち、ドリル本体として刃部５とシャンク部６とを備えており、刃部５の外周面には、その先端面７から基端側に向けて回転軸線Ｏを中心に例えば一対の切屑排出溝８，８が対向して螺旋状に形成されている。各切屑排出溝８，８と先端面７との交差稜線は一対の切刃９，９とされており、先端面７は例えば鈍角の先端角を備えていて各切刃９，９の逃げ面とされ、切屑排出溝８，８の回転方向を向く面の先端側領域８ａ，８ａがすくい面とされている。
図７に示す先端面７において、切刃９の外側端縁につながる刃部５の外周面は、切刃９，９の外側端縁につながるマージン１０と、マージン１０より回転軸線Ｏからの外径寸法が短く設定された外周逃げ面１１（二番取り面）とで形成されている。そして回転軸線Ｏを含む切屑排出溝８，８間の厚み部分は芯厚部１３とされている。
芯厚部１３は図７に示す刃部５の先端面７において厚み寸法ｔ０を備え、図８における回転軸線Ｏ方向に沿う芯厚部１３の形状を説明するための仮想的な断面図で示すように、刃部５の先端面７から切屑排出溝８，８の終端部まで漸次厚みｔがｔ０から均一に増大するように断面視直線をなすテーパ状に形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プリント基板は年々微細化と多層化が進み、これに伴い穴径の小径深穴化、穴位置の高精度化の要求がますます厳しくなっている。そのため、上述のような均一なテーパ状に形成されている芯厚部１３ではこれらの要求に十分対応できなくなりつつある。
即ち、上述のような均一なテーパ状に形成されている芯厚部１３を全体により厚くすると小型ドリル４の剛性は増大するが、先端側においてスラスト抵抗が増大してプリント基板への食い付きが悪くなって穴の位置ずれや穴曲がりを生じ易くなる。これは、ドリルにおいては先端角を有する先端面７の頂点と重なる回転軸線Ｏ上での切刃９の食い付きの良さが穴位置精度を決定するためである。また、基端側においても芯厚部１３が大きくなるために切屑排出溝８が浅くなって深穴加工時に切屑の排出性が悪くなるという欠点がある。
逆に芯厚部１３の厚みを小さくして食い付きと切屑排出性を良くするとドリル剛性が低下して折損しやすいという欠点が生じる。
また芯厚部１３のテーパの傾斜を大きくするとドリル剛性を高めながら切屑排出溝８の深さを確保できるが、それでもアスペクト比が１５以上になると切屑排出溝８の基端側では溝深さが一層浅くなるために同様に切屑排出性が悪化するという欠点がある。
【０００５】
また芯厚部１３以外に刃部５の先端角やねじれ角、溝幅比、マージン幅等を変化させたり組み合わせを変えたりして穴加工試験をしてみても満足できる結果が得られなかった。
また切刃９のすくい角は切屑排出溝８のねじれ角で設定されており、そのために切刃９のすくい角はドリル本体の径方向で回転軸線Ｏに近づく程小さくなり、それに伴って外周側から回転軸線Ｏに近づくに従って切削抵抗が大きくなることは一般的に知られている。しかも上述のように剛性を持たせるために芯厚部１３に正方向のテーパが付けられているためにすくい角は更に小さくなる。
このような欠点を解決するために、従来切刃９の回転軸線Ｏ付近にシンニングを設ける技術が一般的に採用されているが、切刃９の再研磨に手間がかかる上に小型ドリル４等ではドリル径が細いためにシンニングの形成が困難であった。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みて、穴加工精度を向上させることができるようにした穴明け工具を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる穴明け工具は、刃部とシャンク部とを備え、刃部の外周面に先端側から基端側に向けて切屑排出溝が設けられ、この切屑排出溝と刃部の先端面との交差稜線に切刃が設けられてなる穴明け工具において、前記刃部の芯厚が、先端側から基端側に向けて漸次厚みが減少する第一芯厚部と、この第一芯厚部との接続部から基端側に向けて漸次厚みが増大する第二芯厚部とを備え、かつ、回転軸線に沿う前記切屑排出溝の長さをＬとして、前記第一芯厚部の前記回転軸線に沿う長さが０．０３Ｌ〜０．２５Ｌとされていることを特徴とする。
刃部の先端側の第一芯厚部をバックテーパ形状としたから、切刃のすくい面をなす切屑排出溝の回転方向を向く面の先端側領域では回転軸線付近のすくい角が大きくなり切削抵抗を軽減でき、被削材への食い付きを良くして食い込み時の穴位置ずれと穴明け途中での穴曲がりを少なくできて高精度の穴加工ができる。しかも第二芯厚部の領域で漸次厚みが増大するテーパ状とされているから、第一芯厚部をバックテーパにしたことによる工具剛性の低下を抑制できる。
また、回転軸線に沿う切屑排出溝の長さをＬとして、第一芯厚部の回転軸線に沿う長さＬ１を０．０３Ｌ〜０．２５Ｌとすることで、ｄ１，ｄ２との関係でバックテーパによる剛性の低下を確実に抑制できる。
【０００８】
また、刃部の切り刃の外径が３．１７５ｍｍ以下であってもよい。
このような小径の穴明け工具において特に剛性を犠牲にすることなく穴加工精度を向上できて好適である。
また、第一芯厚部の先端の厚み寸法をｄ１とし、第一芯厚部と第二芯厚部との接続部の厚みをｄ２とし、刃部の切刃外径をＤとすると、
ｄ１＞ｄ２とされ、
かつｄ１は０．１５Ｄ〜０．６０Ｄの範囲、ｄ２は０．０５Ｄ〜０．５９Ｄの範囲に設定されていてもよい。
第一芯厚部をバックテーパにしてｄ１及びｄ２を上述のように設定することで、穴明け工具の剛性を損なうことなく特に回転軸線付近のすくい角を大きくすることができて被削材への食い付きを良くして穴加工精度が向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明するが、上述の従来技術と同一または同様の部分には同一の符号を用いて説明する。図１は第一の実施の形態による小型ドリルの芯厚部の形状を説明するための回転軸線に沿う仮想的な断面を示す図である。
図１に示すプリント基板穿孔用の小型ドリル２０は、芯厚部を除いて従来技術の小型ドリル４と同一の構成を備えていて、ドリル本体が刃部５とシャンク部６からなり、刃部５の外周面に回転軸線Ｏを挟んで一対の切屑排出溝８，８が対向して形成されている。先端面７は例えば鈍角の先端角を備えていて各切刃９，９の逃げ面とされ、切屑排出溝８，８の回転方向を向く面の先端側領域８ａがすくい面とされている。
切屑排出溝８，８間に形成された芯厚部２２は刃部５の先端面７から切屑排出溝８の終端部まで延在して形成されており、切屑排出溝８の延在方向に沿う一対の切屑排出溝８，８間の最小厚み寸法が芯厚部２２の厚み寸法ｄｉとされている。
特に本実施の形態による小型ドリル２０では、芯厚部２２は図１に示すように先端側に位置していてバックテーパを備えた第一芯厚部２４と、基端側に位置していて第一芯厚部２４との接続部２５から基端側に向けて漸次厚み寸法が大きくなるテーパ状の第二芯厚部２６とを備えて形成されている。
【００１０】
ここで、第一芯厚部２４の先端の厚みをｄ１、第一芯厚部２４と第二芯厚部２６の接続部２５の厚みをｄ２、切屑排出溝８の終端部である第二芯厚部２６の後端の厚みをｄ３とし、刃部５の切刃外径をＤとしたとき、例えば切刃９の外径Ｄ＝３．１７５ｍｍ以下とすると、
ｄ１＞ｄ２＜ｄ３
とされ、かつｄ１は０．１５Ｄ〜０．６０Ｄ、ｄ２は０．０５Ｄ〜０．５９Ｄ、ｄ３は０．３０Ｄ〜０．９０Ｄの範囲に設定されている。
また回転軸線Ｏに沿う切屑排出溝８の長さ（有効溝長）をＬとすると、第一芯厚部２４の回転軸線Ｏに沿う長さＬ１は０．０３Ｌ〜０．２５Ｌとし、例えばＬ１＝０．０５〜５．０ｍｍの範囲とする。
そのため、第一芯厚部２４のバックテーパ形状の傾斜は０／１０００を越え、好ましくは−１／１０００〜−３００／１０００の範囲となる。ここで、傾斜が０／１０００であるとバックテーパにならずすくい角が大きくならないために切削抵抗を軽減できず穴位置精度の向上に寄与しない。また−３００／１０００を越えるとバックテーパが急激すぎて穴加工時に接続部２５に応力が集中して折損し易くなるという問題が生じる。
小型ドリル２０等で穴明け加工する場合、食い付き時に切削加工点は回転中心である回転軸線Ｏから順次外周側へ広がって行き、ドリル外周に到達した時点で一対の切刃９，９全体で穴明け加工に移行する。そのため、第一芯厚部２２のバックテーパを上述の範囲に設定することで、特に回転軸線Ｏ付近のすくい角を大きくできて切削抵抗を軽減でき、被削材への食い付きを良くして食い込み時の位置ずれと穴明け途中での穴曲がりを抑制して高精度の穴加工ができる。
【００１１】
また、テーパ状に形成された第二芯厚部２６の傾きは、ドリル剛性と切屑排出性を確保できる程度あれば適宜でよいが、好ましくは１０／１０００〜５０／１０００程度とする。しかも、切屑排出溝８の終端部である第二芯厚部２６の後端の厚みｄ３を０．３０Ｄ〜０．９０Ｄに設定したことでドリル剛性を確保した上で切屑排出性を良好に維持できる。
尚、第二芯厚部２６の回転軸線Ｏに沿う長さＬ２は加工穴の深さによって適宜定めればよい。
【００１２】
本実施の形態による小型ドリル２０は上述のように構成されているから、第一芯厚部２４をバックテーパにして、傾斜を０／１０００を越えて−３００／１０００までの範囲に設定し、先端の厚みｄ１と基端側の接続部２５の厚みｄ２についてｄ１を０．１５Ｄ〜０．６０Ｄの範囲、ｄ２を０．０５Ｄ〜０．５９Ｄの範囲に設定することで、ドリル剛性の低下を抑制して切刃９のすくい角を大きくできる。特に切屑排出溝８がねじれ溝になっているために、回転軸線Ｏ付近のすくい角を大きくできて切削抵抗を軽減でき、そのためにプリント基板等の被削材への食い付き性を向上させ、食い込み時の穴位置ズレと穴明け途中での穴曲がりを少なくして高精度の穴位置を得ることができる。
また第一芯厚部２４と第二芯厚部２６との接続部２５で最小の芯厚ｄ２となるが、ｄ２を０．０５Ｄ〜０．５９Ｄの範囲に設定することでドリル剛性の低下を抑制でき、更に接続部２５に続く第二芯厚部２６で１０／１０００〜５０／１０００の範囲のテーパ状としてｄ３を０．３０Ｄ〜０．９０Ｄに設定したことでドリル剛性を確保した上で切屑排出性を良好に維持できる。
【００１３】
次に本発明の第二の実施の形態を図２により説明する。
図２に示す小型ドリル３０は芯厚部を除いて第一の実施の形態の小型ドリル２０と同一構成であり、例えば切刃９の外径Ｄが３．１７５ｍｍ以下とされている。
この小型ドリル３０において、芯厚部３２が先端側から基端側に向けてバックテーパ状の第一芯厚部３４とテーパ状の第二芯厚部３６とストレート状または第二芯厚部３６より小さい微量のテーパ状とされた第三芯厚部３８とで構成されている。
ここで、第一芯厚部３４の先端の厚みをｄ１、第一芯厚部３４と第二芯厚部３６の接続部３５の厚みをｄ２、第二芯厚部３６と第三芯厚部３８の接続部３７の厚みをｄ４、切屑排出溝８の終端部である第三芯厚部３８の後端の厚みをｄ３とし、刃部５の切刃外径をＤとしたとき、
ｄ１＞ｄ２＜ｄ４≦ｄ３
とされ、かつｄ１は０．１５Ｄ〜０．６０Ｄ、ｄ２は０．０５Ｄ〜０．５９Ｄ、ｄ３は０．３０Ｄ〜０．９０Ｄ、ｄ４は０．３０Ｄ〜０．９０Ｄの範囲に設定されている。
【００１４】
また回転軸線Ｏに沿う切屑排出溝８の長さ（有効溝長）をＬとすると、第一芯厚部３４の回転軸線Ｏに沿う長さＬ１は０．０３Ｌ〜０．２５Ｌとし、例えばＬ１＝０．０５〜５．０ｍｍの範囲とし、第二芯厚部３６の回転軸線Ｏに沿う長さＬ２は０．０３Ｌ〜０．２５Ｌとし、第三芯厚部３８の回転軸線Ｏに沿う長さＬ３は適宜でよい。
そのため、バックテーパ形状の第一芯厚部３４のテーパ（傾斜）は第一の実施の形態と同様に０／１０００を越え、−３００／１０００の範囲となる。ここで、傾斜が０／１０００であるとバックテーパにならずすくい角が大きくならないために切削抵抗を軽減できず穴位置精度の向上に寄与しない。また−３００／１０００を越えるとバックテーパが急激すぎて穴加工時に接続部３５に応力が集中して折損し易くなるという問題が生じる。そのため、傾斜を上述の範囲に設定することで、特に回転軸線Ｏ付近のすくい角を大きくできて切削抵抗を軽減でき、被削材への食い付きを良くして食い込み時の位置ずれと穴明け途中での穴曲がりを抑制して高精度の穴加工ができる。
【００１５】
また、テーパ状に形成された第二芯厚部３６の傾きは、ドリル剛性と切屑排出性を確保できる程度あれば適宜でよいが、好ましくは５０／１０００〜１０００／１０００程度とする。第三芯厚部３８は傾斜を例えば０／１０００〜１５／１０００の範囲としてストレート形状か微量のテーパ状（これをほぼ同一厚みという）に設定する。これによって小型ドリル３０の剛性を向上できると共にアスペクト比が１５を越えるような深穴加工においても生成された切り粉を切屑排出溝８を通してスムーズに排出することができ、耐折損性と切屑排出性を良好に維持できる。
尚、図２では第三芯厚部３８は０／１０００のストレート形状とされている。
【００１６】
本第二の実施の形態による小型ドリル３０は上述のように構成されているから、第一の実施の形態と同様に第一芯厚部３４をバックテーパにすることで、ドリル剛性の低下を抑制して切刃９のすくい角を大きくできる。回転軸線Ｏ付近のすくい角を大きくして切削抵抗を軽減でき、そのためにプリント基板等の被削材への食い付き性を向上させ、食い込み時の穴位置ズレと穴明け途中での穴曲がりを少なくして高精度の穴位置を得ることができる。
また第一芯厚部３４と第二芯厚部３６との接続部３５で最小の芯厚ｄ２となるが、ｄ２を０．０５Ｄ〜０．５９Ｄの範囲に設定することでドリル剛性の低下を抑制でき、更に接続部３５に続く第二芯厚部３６でドリル剛性を確保した上で切屑が詰まることなくスムーズに排出させることができる。しかも第三芯厚部３８を０／１０００〜１５／１０００の範囲としてストレート形状か微量のテーパ状として終端の厚みｄ３とすることで、ドリル剛性を確保して切屑排出性を良好にすることができる。
【００１７】
次に本発明の実施例について行った穴明け加工試験について説明する。
実施例として図２に示す芯厚部３２の形状を備えた小型ドリル３０を用い、比較のために従来例として図８に示す均一なテーパ状の芯厚部１３を備えた小型ドリル４を用いてそれぞれ穴明け加工試験を行った。
実施例と従来例の各小型ドリル３０，４の各部位の寸法等は表１に示す通りである。尚、各芯厚部３２，１３の先端の厚みｄ１，ｔ０は共に０．１３０である。
【００１８】
テスト用の小型ドリルの寸法一覧表（単位：ｍｍ）
【表１】
【００１９】
被削材として、Ｃｕ箔が４枚重ねられてなる厚さ１．６ｍｍの基板を３枚積層した３枚重ねのプリント基板を用い、その上にアルミニウム製の厚さ０．１５ｍｍのあて板を載置し、下にベーク製の厚さ１．６ｍｍの敷板を密着させた状態で、実施例及び従来例の小型ドリル２０，４を用いてそれぞれ穴明け加工を行った。
小型ドリルの回転数Ｎは７０Ｋrpm、送り速度Ｆは１．８ｍ／min、１回転当たりの切り込み量ｆは２５．７１μmとし、シングル加工で５０００ヒット（回数）の穴明けを行った。尚、工作機械に装着された初期位置の小型ドリル３０，４の先端とプリント基板との距離であるストロークは９．８５mmである。
穴明け試験の結果は、実施例による小型ドリル３０の場合では図３及び表２に示す成績が、また従来例による小型ドリル４の場合では図４及び表３に示す通りの成績が得られた。
【００２０】
実施例の穴位置精度成績表
【表２】
【００２１】
従来例の穴位置精度成績表
【表３】
【００２２】
表２及び表３において、「平均値」とは目標位置から実際の穴出口位置までの深さ方向に対して直交する方向の「平均穴位置ズレ量」をいう。「シュート量」とは穴の曲がり量を示すもので、穴の入り口から深さ方向に対して直交する方向への穴曲がりによるズレの最大量を指す。「スリップ量」は穴加工開始時における目標位置から実際の穴の入り口位置までのズレ量をいう。
一般に、穴位置精度は正規分布による「平均値＋３σ」の大きさによって主として決定される。
試験結果によれば、実施例による穴加工では、図３に示すように１（スタート）〜１０００ヒット、１００１〜２０００ヒット、２００１〜３０００ヒット、３００１〜４０００ヒット、４００１〜５０００ヒットの各１０００ヒットづつのいずれの段階においても、穴明けの目標位置であるＸ軸とＹ軸の交点からのずれ量が小さい。即ち表２に示すように正規分布による「平均値＋３σ」は、上記各段階のヒットにおいて、５５μｍ、５７μｍ、５８μｍ、６６μｍ、８２μｍとなり、同様に「シュート量」も４１μｍ、４６μｍ、４９μｍ、５８μｍ、７５μｍとなった。
これに対して従来例による穴加工では、各段階のヒットで正規分布による「平均値＋３σ」は８６μｍ、１０４μｍ、１１５μｍ、１１８μｍ、１１４μｍとなり、同様に「シュート量」も７１μｍ、９３μｍ、１０４μｍ、１０６μｍ、１０４μｍとなった。
従って、実施例の方が、従来例よりも明らかに目標位置に対する穴位置のずれ量と穴曲がり量も小さく、穴位置精度が向上したことを確認できる。
【００２３】
尚、本発明による芯厚部は、第一及び第二の実施の形態に限定されることなく、例えば第二の実施の形態における小型ドリル３０で示すように、第三芯厚部３８に更にテーパ状の第四芯厚部、ストレート若しくは微量テーパ状の第五芯厚部等を適宜追加して複数種類の芯厚部を略多段状に形成するようにしてもよい。要するにバックテーパ状の第一芯厚部２４，３４に加えてテーパ状またはストレート若しくは微量テーパ状の芯厚部を適宜同軸状に接続して切屑排出性を確保すると共に剛性を高めた構成を備えていればよい。
また実施の形態では切屑排出溝８をねじれ溝として一対設けたが、これに限定されることなく切屑排出溝を直線状の溝としてもよいし、また切屑排出溝の本数は任意に設定してよい。
また本発明は刃先の直径が３．１７５ｍｍ以下のプリント基板用の小径ドリル２０，３０に好適であるが、本発明は実施の形態に限定されることなく刃先の直径がこれより大きいドリルについても適用できる。また本発明はドリルに限定されることなくリーマなど穴明け用の各種穴明け工具にも適用できる。
【００２４】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係る穴明け工具は、刃部の芯厚が、先端側から基端側に向けて漸次厚みが減少する第一芯厚部と、この第一芯厚部との接続部から基端側に向けて漸次厚みが増大する第二芯厚部とを備えたから、切刃のすくい面をなす切屑排出溝の先端側領域では回転軸線付近のすくい角が大きくなり切削抵抗を軽減でき、被削材への食い付きを良くして食い込み時の穴位置ずれと穴明け加工時の穴曲がりを少なくできて高精度の穴加工ができる。しかも第二芯厚部の領域で漸次厚みが増大するテーパ状とされているから、第一芯厚部をバックテーパにしたことによる工具剛性の低下を抑制できる。
【００２５】
また、刃部の切り刃の外径が３．１７５ｍｍ以下であるから、小径の穴明け工具において特に剛性を犠牲にすることなく穴加工精度を向上できて好適である。また、第一芯厚部の先端の厚み寸法をｄ１とし、第一芯厚部と第二芯厚部との接続部の厚みをｄ２とし、刃部の切刃外径をＤとすると、
ｄ１＞ｄ２とされ、
かつｄ１は０．１５Ｄ〜０．６０Ｄの範囲、ｄ２は０．０５Ｄ〜０．５９Ｄの範囲に設定されているから、穴明け工具の剛性を損なうことなく特に回転軸線付近のすくい角を大きくすることができて穴加工精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態による小型ドリルの刃部についての芯厚部の形状を説明するための回転軸線に沿う仮想的な断面図である。
【図２】本発明の第二の実施の形態による小型ドリルの刃部についての芯厚部の形状を説明するための回転軸線に沿う仮想的な断面図である。
【図３】実施例による小型ドリルで穴加工試験した穴位置の精度を１０００ヒット単位で示す図である。
【図４】図８に従う従来例の小型ドリルで穴加工試験した穴位置の精度を１０００ヒット単位で示す図である。
【図５】小型ドリルによるプリント基板の穿孔状態を示す一般的な図である。
【図６】一般的な小型ドリルの側面図である。
【図７】図６に示す小型ドリルの先端面図である。
【図８】従来の小型ドリルの刃部についての切屑排出溝に沿う断面図である。
【符号の説明】
５ 刃部
６ シャンク部
８ 切屑排出溝
９ 切刃
２０，３０ 小型ドリル
２２，３２ 芯厚部
２４，３４ 第一芯厚部
２５，３５，３７ 接続部
２６，３６ 第二芯厚部
３８ 第三芯厚部
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてプリント基板に小径の孔を穿設するのに用いられる小型ドリルなどの穴明け工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にプリント基板に穴明け加工するために用いる小型ドリルは、穿孔すべき孔が例えばφ１．０ｍｍ以下等きわめて小径であるため、ドリル本体の刃部の先端に例えば外径０．１〜３．１７５ｍｍ程度の小径の切刃が設けられ、後端側にドリル本体を工作機械の回転軸に把持するための比較的大径のシャンク部が刃部と一体にまたはろう付け等で接続されて設けられている。刃部の材質は、通常、超硬合金が採用され、シャンク部は超硬合金やスチール等の鋼材等が採用されている。
ところで、小型ドリルでプリント基板に穿孔する場合、通常、プリント基板は合成樹脂板にアルミ箔、銅箔、ガラス繊維等が付着されて形成されており、穿孔時には、図５に示すように複数枚、例えば４枚のプリント基板１を積層し、更にその上下にあて板２と敷板３を密着させた状態で、小型ドリル４を用いて４枚のプリント基板に一気に穿孔することになる。
【０００３】
このような小型ドリル４は、例えば図６及び図７に示す構成を備えている。即ち、ドリル本体として刃部５とシャンク部６とを備えており、刃部５の外周面には、その先端面７から基端側に向けて回転軸線Ｏを中心に例えば一対の切屑排出溝８，８が対向して螺旋状に形成されている。各切屑排出溝８，８と先端面７との交差稜線は一対の切刃９，９とされており、先端面７は例えば鈍角の先端角を備えていて各切刃９，９の逃げ面とされ、切屑排出溝８，８の回転方向を向く面の先端側領域８ａ，８ａがすくい面とされている。
図７に示す先端面７において、切刃９の外側端縁につながる刃部５の外周面は、切刃９，９の外側端縁につながるマージン１０と、マージン１０より回転軸線Ｏからの外径寸法が短く設定された外周逃げ面１１（二番取り面）とで形成されている。そして回転軸線Ｏを含む切屑排出溝８，８間の厚み部分は芯厚部１３とされている。
芯厚部１３は図７に示す刃部５の先端面７において厚み寸法ｔ０を備え、図８における回転軸線Ｏ方向に沿う芯厚部１３の形状を説明するための仮想的な断面図で示すように、刃部５の先端面７から切屑排出溝８，８の終端部まで漸次厚みｔがｔ０から均一に増大するように断面視直線をなすテーパ状に形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プリント基板は年々微細化と多層化が進み、これに伴い穴径の小径深穴化、穴位置の高精度化の要求がますます厳しくなっている。そのため、上述のような均一なテーパ状に形成されている芯厚部１３ではこれらの要求に十分対応できなくなりつつある。
即ち、上述のような均一なテーパ状に形成されている芯厚部１３を全体により厚くすると小型ドリル４の剛性は増大するが、先端側においてスラスト抵抗が増大してプリント基板への食い付きが悪くなって穴の位置ずれや穴曲がりを生じ易くなる。これは、ドリルにおいては先端角を有する先端面７の頂点と重なる回転軸線Ｏ上での切刃９の食い付きの良さが穴位置精度を決定するためである。また、基端側においても芯厚部１３が大きくなるために切屑排出溝８が浅くなって深穴加工時に切屑の排出性が悪くなるという欠点がある。
逆に芯厚部１３の厚みを小さくして食い付きと切屑排出性を良くするとドリル剛性が低下して折損しやすいという欠点が生じる。
また芯厚部１３のテーパの傾斜を大きくするとドリル剛性を高めながら切屑排出溝８の深さを確保できるが、それでもアスペクト比が１５以上になると切屑排出溝８の基端側では溝深さが一層浅くなるために同様に切屑排出性が悪化するという欠点がある。
【０００５】
また芯厚部１３以外に刃部５の先端角やねじれ角、溝幅比、マージン幅等を変化させたり組み合わせを変えたりして穴加工試験をしてみても満足できる結果が得られなかった。
また切刃９のすくい角は切屑排出溝８のねじれ角で設定されており、そのために切刃９のすくい角はドリル本体の径方向で回転軸線Ｏに近づく程小さくなり、それに伴って外周側から回転軸線Ｏに近づくに従って切削抵抗が大きくなることは一般的に知られている。しかも上述のように剛性を持たせるために芯厚部１３に正方向のテーパが付けられているためにすくい角は更に小さくなる。
このような欠点を解決するために、従来切刃９の回転軸線Ｏ付近にシンニングを設ける技術が一般的に採用されているが、切刃９の再研磨に手間がかかる上に小型ドリル４等ではドリル径が細いためにシンニングの形成が困難であった。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みて、穴加工精度を向上させることができるようにした穴明け工具を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる穴明け工具は、刃部とシャンク部とを備え、刃部の外周面に先端側から基端側に向けて切屑排出溝が設けられ、この切屑排出溝と刃部の先端面との交差稜線に切刃が設けられてなる穴明け工具において、前記刃部の芯厚が、先端側から基端側に向けて漸次厚みが減少する第一芯厚部と、この第一芯厚部との接続部から基端側に向けて漸次厚みが増大する第二芯厚部とを備え、かつ、回転軸線に沿う前記切屑排出溝の長さをＬとして、前記第一芯厚部の前記回転軸線に沿う長さが０．０３Ｌ〜０．２５Ｌとされていることを特徴とする。
刃部の先端側の第一芯厚部をバックテーパ形状としたから、切刃のすくい面をなす切屑排出溝の回転方向を向く面の先端側領域では回転軸線付近のすくい角が大きくなり切削抵抗を軽減でき、被削材への食い付きを良くして食い込み時の穴位置ずれと穴明け途中での穴曲がりを少なくできて高精度の穴加工ができる。しかも第二芯厚部の領域で漸次厚みが増大するテーパ状とされているから、第一芯厚部をバックテーパにしたことによる工具剛性の低下を抑制できる。
また、回転軸線に沿う切屑排出溝の長さをＬとして、第一芯厚部の回転軸線に沿う長さＬ１を０．０３Ｌ〜０．２５Ｌとすることで、ｄ１，ｄ２との関係でバックテーパによる剛性の低下を確実に抑制できる。
【０００８】
また、刃部の切り刃の外径が３．１７５ｍｍ以下であってもよい。
このような小径の穴明け工具において特に剛性を犠牲にすることなく穴加工精度を向上できて好適である。
また、第一芯厚部の先端の厚み寸法をｄ１とし、第一芯厚部と第二芯厚部との接続部の厚みをｄ２とし、刃部の切刃外径をＤとすると、
ｄ１＞ｄ２とされ、
かつｄ１は０．１５Ｄ〜０．６０Ｄの範囲、ｄ２は０．０５Ｄ〜０．５９Ｄの範囲に設定されていてもよい。
第一芯厚部をバックテーパにしてｄ１及びｄ２を上述のように設定することで、穴明け工具の剛性を損なうことなく特に回転軸線付近のすくい角を大きくすることができて被削材への食い付きを良くして穴加工精度が向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明するが、上述の従来技術と同一または同様の部分には同一の符号を用いて説明する。図１は第一の実施の形態による小型ドリルの芯厚部の形状を説明するための回転軸線に沿う仮想的な断面を示す図である。
図１に示すプリント基板穿孔用の小型ドリル２０は、芯厚部を除いて従来技術の小型ドリル４と同一の構成を備えていて、ドリル本体が刃部５とシャンク部６からなり、刃部５の外周面に回転軸線Ｏを挟んで一対の切屑排出溝８，８が対向して形成されている。先端面７は例えば鈍角の先端角を備えていて各切刃９，９の逃げ面とされ、切屑排出溝８，８の回転方向を向く面の先端側領域８ａがすくい面とされている。
切屑排出溝８，８間に形成された芯厚部２２は刃部５の先端面７から切屑排出溝８の終端部まで延在して形成されており、切屑排出溝８の延在方向に沿う一対の切屑排出溝８，８間の最小厚み寸法が芯厚部２２の厚み寸法ｄｉとされている。
特に本実施の形態による小型ドリル２０では、芯厚部２２は図１に示すように先端側に位置していてバックテーパを備えた第一芯厚部２４と、基端側に位置していて第一芯厚部２４との接続部２５から基端側に向けて漸次厚み寸法が大きくなるテーパ状の第二芯厚部２６とを備えて形成されている。
【００１０】
ここで、第一芯厚部２４の先端の厚みをｄ１、第一芯厚部２４と第二芯厚部２６の接続部２５の厚みをｄ２、切屑排出溝８の終端部である第二芯厚部２６の後端の厚みをｄ３とし、刃部５の切刃外径をＤとしたとき、例えば切刃９の外径Ｄ＝３．１７５ｍｍ以下とすると、
ｄ１＞ｄ２＜ｄ３
とされ、かつｄ１は０．１５Ｄ〜０．６０Ｄ、ｄ２は０．０５Ｄ〜０．５９Ｄ、ｄ３は０．３０Ｄ〜０．９０Ｄの範囲に設定されている。
また回転軸線Ｏに沿う切屑排出溝８の長さ（有効溝長）をＬとすると、第一芯厚部２４の回転軸線Ｏに沿う長さＬ１は０．０３Ｌ〜０．２５Ｌとし、例えばＬ１＝０．０５〜５．０ｍｍの範囲とする。
そのため、第一芯厚部２４のバックテーパ形状の傾斜は０／１０００を越え、好ましくは−１／１０００〜−３００／１０００の範囲となる。ここで、傾斜が０／１０００であるとバックテーパにならずすくい角が大きくならないために切削抵抗を軽減できず穴位置精度の向上に寄与しない。また−３００／１０００を越えるとバックテーパが急激すぎて穴加工時に接続部２５に応力が集中して折損し易くなるという問題が生じる。
小型ドリル２０等で穴明け加工する場合、食い付き時に切削加工点は回転中心である回転軸線Ｏから順次外周側へ広がって行き、ドリル外周に到達した時点で一対の切刃９，９全体で穴明け加工に移行する。そのため、第一芯厚部２２のバックテーパを上述の範囲に設定することで、特に回転軸線Ｏ付近のすくい角を大きくできて切削抵抗を軽減でき、被削材への食い付きを良くして食い込み時の位置ずれと穴明け途中での穴曲がりを抑制して高精度の穴加工ができる。
【００１１】
また、テーパ状に形成された第二芯厚部２６の傾きは、ドリル剛性と切屑排出性を確保できる程度あれば適宜でよいが、好ましくは１０／１０００〜５０／１０００程度とする。しかも、切屑排出溝８の終端部である第二芯厚部２６の後端の厚みｄ３を０．３０Ｄ〜０．９０Ｄに設定したことでドリル剛性を確保した上で切屑排出性を良好に維持できる。
尚、第二芯厚部２６の回転軸線Ｏに沿う長さＬ２は加工穴の深さによって適宜定めればよい。
【００１２】
本実施の形態による小型ドリル２０は上述のように構成されているから、第一芯厚部２４をバックテーパにして、傾斜を０／１０００を越えて−３００／１０００までの範囲に設定し、先端の厚みｄ１と基端側の接続部２５の厚みｄ２についてｄ１を０．１５Ｄ〜０．６０Ｄの範囲、ｄ２を０．０５Ｄ〜０．５９Ｄの範囲に設定することで、ドリル剛性の低下を抑制して切刃９のすくい角を大きくできる。特に切屑排出溝８がねじれ溝になっているために、回転軸線Ｏ付近のすくい角を大きくできて切削抵抗を軽減でき、そのためにプリント基板等の被削材への食い付き性を向上させ、食い込み時の穴位置ズレと穴明け途中での穴曲がりを少なくして高精度の穴位置を得ることができる。
また第一芯厚部２４と第二芯厚部２６との接続部２５で最小の芯厚ｄ２となるが、ｄ２を０．０５Ｄ〜０．５９Ｄの範囲に設定することでドリル剛性の低下を抑制でき、更に接続部２５に続く第二芯厚部２６で１０／１０００〜５０／１０００の範囲のテーパ状としてｄ３を０．３０Ｄ〜０．９０Ｄに設定したことでドリル剛性を確保した上で切屑排出性を良好に維持できる。
【００１３】
次に本発明の第二の実施の形態を図２により説明する。
図２に示す小型ドリル３０は芯厚部を除いて第一の実施の形態の小型ドリル２０と同一構成であり、例えば切刃９の外径Ｄが３．１７５ｍｍ以下とされている。
この小型ドリル３０において、芯厚部３２が先端側から基端側に向けてバックテーパ状の第一芯厚部３４とテーパ状の第二芯厚部３６とストレート状または第二芯厚部３６より小さい微量のテーパ状とされた第三芯厚部３８とで構成されている。
ここで、第一芯厚部３４の先端の厚みをｄ１、第一芯厚部３４と第二芯厚部３６の接続部３５の厚みをｄ２、第二芯厚部３６と第三芯厚部３８の接続部３７の厚みをｄ４、切屑排出溝８の終端部である第三芯厚部３８の後端の厚みをｄ３とし、刃部５の切刃外径をＤとしたとき、
ｄ１＞ｄ２＜ｄ４≦ｄ３
とされ、かつｄ１は０．１５Ｄ〜０．６０Ｄ、ｄ２は０．０５Ｄ〜０．５９Ｄ、ｄ３は０．３０Ｄ〜０．９０Ｄ、ｄ４は０．３０Ｄ〜０．９０Ｄの範囲に設定されている。
【００１４】
また回転軸線Ｏに沿う切屑排出溝８の長さ（有効溝長）をＬとすると、第一芯厚部３４の回転軸線Ｏに沿う長さＬ１は０．０３Ｌ〜０．２５Ｌとし、例えばＬ１＝０．０５〜５．０ｍｍの範囲とし、第二芯厚部３６の回転軸線Ｏに沿う長さＬ２は０．０３Ｌ〜０．２５Ｌとし、第三芯厚部３８の回転軸線Ｏに沿う長さＬ３は適宜でよい。
そのため、バックテーパ形状の第一芯厚部３４のテーパ（傾斜）は第一の実施の形態と同様に０／１０００を越え、−３００／１０００の範囲となる。ここで、傾斜が０／１０００であるとバックテーパにならずすくい角が大きくならないために切削抵抗を軽減できず穴位置精度の向上に寄与しない。また−３００／１０００を越えるとバックテーパが急激すぎて穴加工時に接続部３５に応力が集中して折損し易くなるという問題が生じる。そのため、傾斜を上述の範囲に設定することで、特に回転軸線Ｏ付近のすくい角を大きくできて切削抵抗を軽減でき、被削材への食い付きを良くして食い込み時の位置ずれと穴明け途中での穴曲がりを抑制して高精度の穴加工ができる。
【００１５】
また、テーパ状に形成された第二芯厚部３６の傾きは、ドリル剛性と切屑排出性を確保できる程度あれば適宜でよいが、好ましくは５０／１０００〜１０００／１０００程度とする。第三芯厚部３８は傾斜を例えば０／１０００〜１５／１０００の範囲としてストレート形状か微量のテーパ状（これをほぼ同一厚みという）に設定する。これによって小型ドリル３０の剛性を向上できると共にアスペクト比が１５を越えるような深穴加工においても生成された切り粉を切屑排出溝８を通してスムーズに排出することができ、耐折損性と切屑排出性を良好に維持できる。
尚、図２では第三芯厚部３８は０／１０００のストレート形状とされている。
【００１６】
本第二の実施の形態による小型ドリル３０は上述のように構成されているから、第一の実施の形態と同様に第一芯厚部３４をバックテーパにすることで、ドリル剛性の低下を抑制して切刃９のすくい角を大きくできる。回転軸線Ｏ付近のすくい角を大きくして切削抵抗を軽減でき、そのためにプリント基板等の被削材への食い付き性を向上させ、食い込み時の穴位置ズレと穴明け途中での穴曲がりを少なくして高精度の穴位置を得ることができる。
また第一芯厚部３４と第二芯厚部３６との接続部３５で最小の芯厚ｄ２となるが、ｄ２を０．０５Ｄ〜０．５９Ｄの範囲に設定することでドリル剛性の低下を抑制でき、更に接続部３５に続く第二芯厚部３６でドリル剛性を確保した上で切屑が詰まることなくスムーズに排出させることができる。しかも第三芯厚部３８を０／１０００〜１５／１０００の範囲としてストレート形状か微量のテーパ状として終端の厚みｄ３とすることで、ドリル剛性を確保して切屑排出性を良好にすることができる。
【００１７】
次に本発明の実施例について行った穴明け加工試験について説明する。
実施例として図２に示す芯厚部３２の形状を備えた小型ドリル３０を用い、比較のために従来例として図８に示す均一なテーパ状の芯厚部１３を備えた小型ドリル４を用いてそれぞれ穴明け加工試験を行った。
実施例と従来例の各小型ドリル３０，４の各部位の寸法等は表１に示す通りである。尚、各芯厚部３２，１３の先端の厚みｄ１，ｔ０は共に０．１３０である。
【００１８】
テスト用の小型ドリルの寸法一覧表（単位：ｍｍ）
【表１】
被削材として、Ｃｕ箔が４枚重ねられてなる厚さ１．６ｍｍの基板を３枚積層した３枚重ねのプリント基板を用い、その上にアルミニウム製の厚さ０．１５ｍｍのあて板を載置し、下にベーク製の厚さ１．６ｍｍの敷板を密着させた状態で、実施例及び従来例の小型ドリル２０，４を用いてそれぞれ穴明け加工を行った。
小型ドリルの回転数Ｎは７０Ｋrpm、送り速度Ｆは１．８ｍ／min、１回転当たりの切り込み量ｆは２５．７１μmとし、シングル加工で５０００ヒット（回数）の穴明けを行った。尚、工作機械に装着された初期位置の小型ドリル３０，４の先端とプリント基板との距離であるストロークは９．８５mmである。
穴明け試験の結果は、実施例による小型ドリル３０の場合では図３及び表２に示す成績が、また従来例による小型ドリル４の場合では図４及び表３に示す通りの成績が得られた。
【００２０】
実施例の穴位置精度成績表
【表２】
従来例の穴位置精度成績表
【表３】
表２及び表３において、「平均値」とは目標位置から実際の穴出口位置までの深さ方向に対して直交する方向の「平均穴位置ズレ量」をいう。「シュート量」とは穴の曲がり量を示すもので、穴の入り口から深さ方向に対して直交する方向への穴曲がりによるズレの最大量を指す。「スリップ量」は穴加工開始時における目標位置から実際の穴の入り口位置までのズレ量をいう。
一般に、穴位置精度は正規分布による「平均値＋３σ」の大きさによって主として決定される。
試験結果によれば、実施例による穴加工では、図３に示すように１（スタート）〜１０００ヒット、１００１〜２０００ヒット、２００１〜３０００ヒット、３００１〜４０００ヒット、４００１〜５０００ヒットの各１０００ヒットづつのいずれの段階においても、穴明けの目標位置であるＸ軸とＹ軸の交点からのずれ量が小さい。即ち表２に示すように正規分布による「平均値＋３σ」は、上記各段階のヒットにおいて、５５μｍ、５７μｍ、５８μｍ、６６μｍ、８２μｍとなり、同様に「シュート量」も４１μｍ、４６μｍ、４９μｍ、５８μｍ、７５μｍとなった。
これに対して従来例による穴加工では、各段階のヒットで正規分布による「平均値＋３σ」は８６μｍ、１０４μｍ、１１５μｍ、１１８μｍ、１１４μｍとなり、同様に「シュート量」も７１μｍ、９３μｍ、１０４μｍ、１０６μｍ、１０４μｍとなった。
従って、実施例の方が、従来例よりも明らかに目標位置に対する穴位置のずれ量と穴曲がり量も小さく、穴位置精度が向上したことを確認できる。
【００２３】
尚、本発明による芯厚部は、第一及び第二の実施の形態に限定されることなく、例えば第二の実施の形態における小型ドリル３０で示すように、第三芯厚部３８に更にテーパ状の第四芯厚部、ストレート若しくは微量テーパ状の第五芯厚部等を適宜追加して複数種類の芯厚部を略多段状に形成するようにしてもよい。要するにバックテーパ状の第一芯厚部２４，３４に加えてテーパ状またはストレート若しくは微量テーパ状の芯厚部を適宜同軸状に接続して切屑排出性を確保すると共に剛性を高めた構成を備えていればよい。
また実施の形態では切屑排出溝８をねじれ溝として一対設けたが、これに限定されることなく切屑排出溝を直線状の溝としてもよいし、また切屑排出溝の本数は任意に設定してよい。
また本発明は刃先の直径が３．１７５ｍｍ以下のプリント基板用の小径ドリル２０，３０に好適であるが、本発明は実施の形態に限定されることなく刃先の直径がこれより大きいドリルについても適用できる。また本発明はドリルに限定されることなくリーマなど穴明け用の各種穴明け工具にも適用できる。
【００２４】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係る穴明け工具は、刃部の芯厚が、先端側から基端側に向けて漸次厚みが減少する第一芯厚部と、この第一芯厚部との接続部から基端側に向けて漸次厚みが増大する第二芯厚部とを備えたから、切刃のすくい面をなす切屑排出溝の先端側領域では回転軸線付近のすくい角が大きくなり切削抵抗を軽減でき、被削材への食い付きを良くして食い込み時の穴位置ずれと穴明け加工時の穴曲がりを少なくできて高精度の穴加工ができる。しかも第二芯厚部の領域で漸次厚みが増大するテーパ状とされているから、第一芯厚部をバックテーパにしたことによる工具剛性の低下を抑制できる。
【００２５】
また、刃部の切り刃の外径が３．１７５ｍｍ以下であるから、小径の穴明け工具において特に剛性を犠牲にすることなく穴加工精度を向上できて好適である。また、第一芯厚部の先端の厚み寸法をｄ１とし、第一芯厚部と第二芯厚部との接続部の厚みをｄ２とし、刃部の切刃外径をＤとすると、
ｄ１＞ｄ２とされ、
かつｄ１は０．１５Ｄ〜０．６０Ｄの範囲、ｄ２は０．０５Ｄ〜０．５９Ｄの範囲に設定されているから、穴明け工具の剛性を損なうことなく特に回転軸線付近のすくい角を大きくすることができて穴加工精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態による小型ドリルの刃部についての芯厚部の形状を説明するための回転軸線に沿う仮想的な断面図である。
【図２】本発明の第二の実施の形態による小型ドリルの刃部についての芯厚部の形状を説明するための回転軸線に沿う仮想的な断面図である。
【図３】実施例による小型ドリルで穴加工試験した穴位置の精度を１０００ヒット単位で示す図である。
【図４】図８に従う従来例の小型ドリルで穴加工試験した穴位置の精度を１０００ヒット単位で示す図である。
【図５】小型ドリルによるプリント基板の穿孔状態を示す一般的な図である。
【図６】一般的な小型ドリルの側面図である。
【図７】図６に示す小型ドリルの先端面図である。
【図８】従来の小型ドリルの刃部についての切屑排出溝に沿う断面図である。
【符号の説明】
５ 刃部
６ シャンク部
８ 切屑排出溝
９ 切刃
２０，３０ 小型ドリル
２２，３２ 芯厚部
２４，３４ 第一芯厚部
２５，３５，３７ 接続部
２６，３６ 第二芯厚部
３８ 第三芯厚部
Claims (3)
- 刃部とシャンク部とを備え、刃部の外周面に先端側から基端側に向けて切屑排出溝が設けられ、この切屑排出溝と刃部の先端面との交差稜線に切刃が設けられてなる穴明け工具において、前記刃部の芯厚が、先端側から基端側に向けて漸次厚みが減少する第一芯厚部と、この第一芯厚部との接続部から基端側に向けて漸次厚みが増大する第二芯厚部とを備え、かつ、回転軸線に沿う前記切屑排出溝の長さをＬとして、前記第一芯厚部の前記回転軸線に沿う長さが０．０３Ｌ〜０．２５Ｌとされていることを特徴とする穴明け工具。
- 前記刃部の切り刃の外径が３．１７５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の穴明け工具。
- 前記第一芯厚部の先端の厚み寸法をｄ１とし、第一芯厚部と第二芯厚部との接続部の厚みをｄ２とし、刃部の切刃外径をＤとすると、
ｄ１＞ｄ２とされ、
かつｄ１は０．１５Ｄ〜０．６０Ｄの範囲、ｄ２は０．０５Ｄ〜０．５９Ｄの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の穴明け工具。
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