CN103889623A - 小直径钻头 - Google Patents

Abstract

在使槽合流的小直径钻头中，通过改善合流点附近处的切屑的流出状态，来提高孔位置精度，提高加工孔的内壁的品质，适应于高效率加工。小直径钻头具备：至少两个槽；切刃，配置在前端；至少两个刃带，划定小直径钻头的外周面；和至少两个外周凹部，与刃带接触而延伸；其中，至少两个槽具有合流点。至少两个外周凹部中的至少一个外周凹部在比合流点靠前端侧，具有连通部，所述连通部用于使至少两个槽相互连通。

Description

小直径钻头

技术领域

本发明涉及小直径钻头，特别涉及能够适用于对印刷配线板开孔的小直径钻头。

背景技术

小直径钻头1一般具有直径为3.175mm（1／8英寸）的柄部。因此，一般形成为3.175mm以下的工具径。专利文献1公开了在包括印刷配线板的开孔的用途中使用的钻头。该钻头具备配置于前端的切刃和两个槽。两个槽在朝向后端的中途合流而成为一个槽。形成两个刃带（margin），所述两个刃带划定钻头的外周面。专利文献1的钻头的目的在于提高刚性以及提高被加工的孔的位置精度（以后称为孔位置精度）。

专利文献2公开了一种在包括印刷配线板的开孔的用途中使用的钻头。该钻头具备配置于前端的切刃和两个槽。两个槽在朝向后端的中途合流而成为一个槽。专利文献2的钻头的目的也在于提高刚性以及提高孔位置精度。

专利文献1：国际公开WO2011／116540号小册子

专利文献2：日本特开2007－307642号公报。

发明内容

专利文献1以及2的钻头与两个槽不合流的钻头相比，由于因槽而被除去的体积较少，所以工具的刚性更高。因此，孔位置精度有一定程度的提高。但是，经过两个槽流向加工孔的外部的切屑集中于两个槽的合流点。切屑向合流点集中的结果是切屑在合流点附近堵塞，有时造成加工孔的内壁损伤，进而，钻头易于折损。因此，专利文献1以及2的钻头需要将切削时的进给速度抑制得较低。

本发明的目的在于，在使多个槽合流的小直径钻头中改善合流点附近处的切屑的流动。

本发明的小直径钻头具备：至少两个槽；切刃，配置在前端；至少两个刃带，划定小直径钻头的外周面的一部分；和至少两个外周凹部，与上述刃带接触而延伸；上述至少两个槽具有合流点；该小直径钻头的特征在于，上述至少两个外周凹部中的至少一个外周凹部在比上述合流点靠前端侧，具有连通部，所述连通部用于使上述至少两个槽相互连通。

附图说明

图1是第一实施方式中的小直径钻头的右侧视图的A部放大图。

图2是图1的小直径钻头的右侧视图。

图3是图1的小直径钻头的主视图的放大图。

图4是图1的小直径钻头的主视图。

图5是图1的小直径钻头的左侧视图的放大图。

图6是图1的小直径钻头的俯视图的放大图。

图7是图1的小直径钻头的仰视图的放大图。

图8是图1的小直径钻头的立体图的放大图。

图9是图1的小直径钻头的从其他方向观察到的立体图的放大图。

图10是图1的小直径钻头中的XI－XI剖面的剖面位置的说明图。

图11是图10的小直径钻头的XI－XI剖面的放大剖面图。

图12是第二实施方式中的小直径钻头的右侧视图的放大图。

图13是图12的小直径钻头的主视图的放大图。

图14是图12的小直径钻头的左侧视图的放大图。

图15是比较物1的小直径钻头的右侧视图的放大图。

图16是图15的小直径钻头的主视图的放大图。

图17是图15的小直径钻头的左侧视图的放大图。

图18是比较物2的小直径钻头的右侧视图的放大图。

图19是图18的小直径钻头的主视图的放大图。

图20是图18的小直径钻头的左侧视图的放大图。

图21是与小直径钻头相关的第一实验结果。

图22是与小直径钻头相关的第二实验结果。

具体实施方式

一边参照附图一边对本发明的实施方式进行说明。

如图1至图9所示，第一实施方式的小直径钻头1具备大致为螺旋形的两个槽2。两个槽2包括：从前端3侧朝向后端8侧一边扭转一边延伸的第一槽2a、和在小直径钻头1的长度的中途与第一槽2a合流的第二槽2b。两个槽2为右扭转。

第一槽2a的长度可根据与被小直径钻头1加工的孔径对应的工具径（直径）φDmm，来适当地调整。在该实施方式中，从小直径钻头1的前端3朝向后端8的方向的第一槽2a的长度约为3.5mm。第二槽2b经过图7所示的合流点5而在与第一槽2a大致成为一体的位置形成终端。即，第二槽2b的长度是从前端3经过合流点5到终端为止的长度。作为其他的结构，第二槽2b被调整成：从经过合流点5起，后端8侧与第一槽2a并行延伸，与单一的槽2同样地发挥功能。具体而言，在比合流点5靠后端8侧，第一槽2a的扭转角与第二槽2b的扭转角为相同角度。这里，“合流点”是指如图7所示，两个槽2合流而在比该点靠后端8侧宛如一个槽那样发挥功能的点。

为了提高工具刚性并且提高切屑排出性，从前端3朝向后端8的方向的、从前端3到合流点5为止的长度Ld被适当地调整。在该实施方式中，两个槽2是对它们的扭转角赋予差结果使二者合流的槽，从前端3到合流点5的长度Ld不是指定长度并为了与之相适合而决定扭转角。但是，为了不使工具刚性降低，也可以指定长度Ld，并按照与之相适合的方式调整各个槽2的扭转角。

前端3具备两个切刃4。切刃4是两个主切刃，是在槽2的内表面形成的前倾面与在前端3的端面形成的主后隙面的交叉棱线。与两个槽2相邻接地设有两个刃带11。刃带11遍及其全长来划定小直径钻头1的外周面的一部分。本实施方式中的“切刃”还包括作为刃带11的外周面的副后隙面与前倾面的交叉棱线即副切刃。在前端3的端面形成有横刃（chisel edge）10。一般，横刃10不被称为切刃。但是，横刃10具有如切刃那样生成小的粉那样的切屑的功能。

在小直径钻头1的后端8侧，形成有圆柱状或者圆筒状的柄部9。在该实施方式中，工具径φDmm约为φ0.250mm。工具径可以匹配于应加工的孔的尺寸而任意设定。柄部9的柄径（直径）约为φ3.175mm。

槽2的扭转角没有特别限定。在印刷配线板用的小直径钻头的情况下，优选本发明的小直径钻头1的第一槽2a的扭转角为20°以上且70°以下。特别更优选从前端3到合流点5的第一槽2a的扭转角为30°以上且55°以下。虽未图示，但在该实施方式中，第一槽2a的扭转角约为45°。

优选第二槽2b的扭转角在小直径钻头1的前端3附近是与第一槽2a的扭转角相同的角度。如果在前端3附近使第一槽2a与第二槽2b的扭转角相同，则由于能够使切刃形状、前倾面形状相同，所以切削时的平衡良好。进而，在小直径钻头1的前端面被再磨削时，可将切刃4的形状保持为一定。

为了使两个槽2合流，可以在任意的位置使第二槽2b的扭转角与前端3附近处的扭转角不同。在该实施方式中，使第二槽2b的扭转角在图1所示的长度Lc的位置变化。优选用于使槽2合流的第二槽2b的扭转角为30°以上且80°以下，更优选为40°以上且70°以下。虽未图示，但在该实施方式中，从扭转角发生变化的变化点（长度Lc的位置）到合流为止的第二槽2b的扭转角约为60°。换言之，为了使两个槽2合流，可以使第二槽2b的扭转角比第一槽2a的扭转角在10°以上30°以下的范围内增大。如果该角度差过小，则为了两个槽2合流而需要大的轴向长度，使得工具刚性减少。相反，如果该角度差过大，则切屑彼此的碰撞在合流点5激烈发生，妨碍切屑流出。

优选到第二槽2b的扭转角的变化点为止的长度Lc相对于工具径φD为下述的范围。优选长度Lc为0.1D≤Lc≤4D的范围。不过，长度Lc的优选范围因工具径φD而稍微不同。在φD小于0.1mm时，优选是1.5D≤Lc≤4D的范围。在φD为0.1mm以上且小于0.6mm时，优选是0.5D≤Lc≤3D的范围。在φD为0.6以上且小于1.0mm时，优选是0.3D≤Lc≤2D的范围。在φD为1.0mm以上时，优选是0.1D≤Lc≤D的范围。此外，在该实施方式中，通过使第二槽2b的扭转角比第一槽2a大来使两个槽2合流，但用于使它们合流的方法并不限定于此。例如，也可以使第二槽2b的扭转角比第一槽2a小来使两个槽2合流。

在该实施方式中，从合流起朝向后端8的槽2的扭转角是与第一槽2a的扭转角相同的角度，但并不限定于此。从合流起朝向后端8的槽2的扭转角也可以与角度大于第一槽2a的第二槽2b的扭转角一致。另外，也可以与第一槽2a及第二槽2b的扭转角不一致而设定为中间的角度或者其他角度。该角度可以被适当地调整成在槽2合流之后顺畅地排出切屑。在该实施方式中，通过使从合流起朝向后端8的槽2的扭转角与第一槽2a的扭转角一致，可获得出色的切屑的排出性。

另外，一般在工具径φDmm为φ1.500mm以上的小直径钻头1的情况下，几乎不会发生孔位置精度的问题。即，对于工具径φDmm为φ1.500mm以上的小直径钻头1而言，由于刚性足够高，所以没有孔位置精度的问题。本发明在工具径φDmm小于φ1.500mm的小直径钻头1的情况下，孔位置精度提高的效果特别高。其中，在工具径φDmm为φ0.500mm以下的情况下，孔位置精度提高的效果显著。另外，这里所说的孔位置精度的提高包括孔的入口处的位置精度（机械指令位置与被加工后的孔之间的位置偏移）提高以及孔的弯曲被改善而使得孔的出口处的位置精度提高。

小直径钻头1具有两个外周凹部6。各外周凹部6与刃带11分别并行，并且与两个槽2分别邻接。各外周凹部6以主切刃4的附近为始端，向朝向终端8的方向延伸。两个外周凹部6包括第一外周凹部6a以及第二外周凹部6b。第一外周凹部6a与第一槽2a邻接设置，第二外周凹部6b与第二槽2b邻接设置。各个外周凹部6在其宽度方向的一端与槽2连接，另外在另一端与刃带11连接。

在本实施方式中，如图1以及图8所示，在比两个槽2的合流点5（图7所图示）靠前端3侧，通过至少一个外周凹部6（即，第一外周凹部6a）将两个槽2连通。即，在第一外周凹部6a中，在其后端8侧的端部设有将两个槽2之间连通的连通部7。为了作为参考而表示没有设置连通部7的第二外周凹部6b，图5以及图9中表示了小直径钻头1的相反侧。以往的一般的外周凹部与该第二外周凹部6b同样，被设成与第一槽2a以及刃带11连接，并且与这些第一槽2a以及刃带11大致并行，但其后端8侧的端部不到达第二槽2b，因此不将两个槽2相互连通。与此相对照，在该实施方式中，对于外周凹部6，仅在其一方即第一外周凹部6a设置连通部7来使两个槽2相互连通，在另一方即第二外周凹部6b不使两个槽2相互连通。

如果从图10的XI－XI剖面位置朝向小直径钻头1的后端8侧观察连通部7，则连通部7如图11所示，其宽度方向的整体与外周面相比向内侧后退，提供了用于切屑在两个槽2之间移动的空间。连通部7的深度（即距离外周面的距离）与外周凹部6的深度大致相同，并且比槽2小。如果在比合流点5靠前端3侧使两个槽2连通，则小的粉状的切屑在两个槽2之间经过连通部7而移动。因此，流动于两个槽2的切屑彼此在比合流点5靠前端3侧的区域中相混合。另外，由于连通部7的深度比槽2小，所以可认为：经过了连通部7的小的粉状的切屑钻到大的切屑之下，起到润滑剂那样的作用，大的切屑变得易于浮起。即，可认为：大的切屑即使稍微浮起，便会载置于小的粉状的切屑之上，浮起被进一步促进。因此，合流点5附近处的切屑彼此的碰撞被缓和，切屑的合流变得更顺畅。

因此，利用外周凹部6使两个槽2连通的位置是重要的，需要恰当地调整从前端3到连通部7的距离以及从前端3到合流点5的距离。在设置了两个以上外周凹部6的情况下，各个外周凹部6的距离前端3的长度也分别被适当地调整。结果，两个以上外周凹部6形成为距离前端3的长度相互不同。在本实施方式中，在从前端3朝向后端8的方向，第二外周凹部6b比第一外周凹部6a长。

另外，可认为小的粉状的切屑与大的切屑生成场所相互不同。可认为小的粉状的切屑主要由横刃10生成。小的粉状的切屑从横刃10经过由主后隙面形成的间隙，被向槽2诱导。大的切屑中的大部分由作为主切刃的切刃4生成。即，当由小直径钻头1的前端3的切刃4生成大的切屑时，在大的切屑之下没有小的切屑进入的余地。为了利用小的粉状的切屑使大的切屑浮起，如本实施方式那样将两个槽2连通以使小的粉状的切屑能够从大的切屑之下自由进入是有效的。另外，在该实施方式中，“连通”是指通过外周凹部6将两个槽2之间连结。另外，连通部7是指在外周凹部6之中两个槽2之间连通的部分。

与外周凹部6邻接的刃带11被加工孔的内壁面引导，作为用于确保孔加工的直进性的导向件发挥功能。外周凹部6不仅使槽2连通，还具备适当调整刃带11的宽度的功能。通过恰当地调整刃带11的宽度，可抑制接触面积，降低小直径钻头1的切削阻力（旋转阻力以及旋转轴方向推力阻力），提高锋利度。

外周凹部6的“长度”如图1以及图5所示，是指从前端3朝向后端8的方向的长度。第一外周凹部6a的长度Laa在图1中表示。在该实施方式中，第一外周凹部6a的长度Laa为0.83mm。第二外周凹部6b的长度Lba在图5中表示。在该实施方式中，第二外周凹部6b的长度Lba为0.85mm。如果是这样的长度，则能够通过相互同样的磨削加工来加工两个外周凹部6。即，由于可共用磨削加工用NC程序，所以制成容易，并且，易于形成长度不同的外周凹部6。通过第二外周凹部6b的长度Lba（图5）比第一外周凹部6a的长度Laa（图1）长，在比连通部7靠下游侧的区域中，由第二槽2b和第二外周凹部6b构成的切屑的流路的截面积扩张。因此，能够接纳从第一槽2a经过连通部7移动到第二槽2b的切屑，可以提高切屑排出性。

外周凹部6的扭转角可以是与第一槽2a的扭转角相同的角度。如上述那样，当第二槽2b的扭转角在小直径钻头1的前端3附近是与第一槽2a的扭转角相同的角度时，与两个槽2邻接的刃带11的宽度在前端3附近一定。外周凹部6的扭转角可以遍及外周凹部6的全长为相同的角度。这样的形状容易加工。因此，易于适当地调整各个外周凹部6的长度。但是，外周凹部6的扭转角并不限定于此。当然，外周凹部6的形状也不限定于使刃带11的宽度一定的、与刃带11并行的形状。可以适当地调整刃带11的宽度，只要是使两个槽2连通的形状即可，是怎样的形状都可以。

优选，小直径钻头1具有外周直径比前端3处的外周直径即工具径φDmm小的底切（undercut）部12（参照图1）。底切部12一般具有减轻与加工孔的摩擦阻力、降低切削阻力的功能。本发明的小直径钻头1的底切部12除了切削阻力的降低效果之外，还会增强对在两个槽2的合流点5附近的切屑流出进行改善的效果。通过底切部12，使得切屑可移动的自由度进一步扩展。通过底切部12，可抑制切屑在槽2的合流点5附近变成块，能够促进切屑沿着槽2向加工孔的外部排出。关于从小直径钻头1的前端3朝向后端8的方向，两个外周凹部6的长度可以都形成为越过底切部12的前端3侧端部的长度。该配置的结果是外周凹部6与底切部12的协合效果提高，在比合流点5靠前端3侧的细小切屑的往来可更顺畅地进行。优选至少一个外周凹部6形成为不越过合流点5的长度、且由外周凹部6使两个槽2连通。优选在越过合流点5之后，以短的长度结束外周凹部6，来提高小直径钻头1的工具刚性。另外，工具径与刃带11处的外周直径相同。在底切部12的前端3侧的端部形成有阶梯部。但是，前端3的附近与底切部12也可以通过圆滑的曲面连接，另外也可以取代底切部12或者除了底切部12之外，设置随着朝向后端8而直径减少的倒锥（back taper）部。

以上说明的小直径钻头1被拆装自如地安装于印刷配线板等的开孔专用的机床等，对被加工物赋予相对运动，进行切削加工（开孔）。机床可使用钻床或加工中心等。

图12至图14中表示了第二实施方式的小直径钻头101。在图12至图14中，对与第一实施方式的小直径钻头1相同的部分赋予相同的附图标记。第二实施方式的小直径钻头101与第一实施方式的小直径钻头1相比，增长了外周凹部6的长度。即，在图12中，第一外周凹部6a的长度Lab为0.93mm。该长度Lab比第一实施方式的小直径钻头1的第一外周凹部6a的长度Laa（参照图1）长0.10mm。由此，由连通部7形成的用于将两个槽2之间连通的空间变得更大。第二外周凹部6b的长度Lbb为1.10mm。

如以上详述那样，在第一以及第二实施方式的小直径钻头1、101中，第一外周凹部6a在比合流点5靠前端3侧具有用于使两个槽2a、2b相互连通的连通部7。因此，切屑在两个槽2a、2b之间经过连通部7移动，可缓和切屑彼此在合流点5附近处的碰撞。

另外，通过第二外周凹部6b的长度Lba（图5）比第一外周凹部6a的长度Laa（图1）更长，在比设于第一外周凹部6a的连通部7靠下游侧的区域中，由第二槽2b和第二外周凹部6b构成的流路的截面积扩张。因此，可以接纳从第一槽2a经过连通部7移动至第二槽2b的切屑，能够提高切屑排出性。

图21以及图22中表示了包括本发明的第一以及第二实施方式的小直径钻头的实验结果。图21的○标记表示能够确保良好的切屑排出性的进给速度。图中的×标记表示小直径钻头发生折损而无法实现稳定的孔加工的进给速度。图中的△标记表示虽然能够不折损地使用，但产生飞边等使得被加工的孔的品质存在一些问题的进给速度。实验条件如下所述。对加工基板而言，重叠两张FR－4（厚度为1.6mm的4层板）进行加工。作为垫板，使用铝板。主轴转速为160，000min^-1（转每分钟）。将进给速度从低速缓缓提高直至小直径钻头折损来进行实验。图中的比较物1是图15至图17所示那样的小直径钻头201。即，是使两个槽与本发明的第一实施方式同样地合流，但外周凹部不将两个槽连通的小直径钻头。图15所示的外周凹部的长度Lac、以及图17所示的外周凹部的长度Lbc都为0.75mm。比较物2是图18至图20所示那样的使外周凹部的长度比第二实施方式更长的小直径钻头301。图20所示的外周凹部的长度Lbd为1.54mm，比本发明的第二实施方式长0.44mm。不过，图18所示的外周凹部的长度Lad为0.93mm，与本发明的第二实施方式相同。即，设为到两个槽的合流点为止的长度。实验的结果如图21所示，第一以及第二实施方式的小直径钻头1、101与槽2合流并只设置了外周凹部的比较物1相比，能够确保良好的切屑排出性的进给速度可从3.6m／min提高到4.8m／min，提高约33％。另外，能够不折损地使用的进给速度可从4.4m／min提高到5.2m／min。并且，如图22所示，第一实施方式的小直径钻头1与比较物1相比，孔位置精度在进给速度3.6m／min以下相同，在进给速度4.0m／min以上更为优异。第二实施方式的小直径钻头101与第一实施方式的小直径钻头1相比差一些，但与比较物1相比，孔位置精度在进给速度4.0m／min以上更为优异。但是，若如比较物2那样增长外周凹部的长度，则虽然图21所示的切屑排出性良好，但图22所示的孔位置精度恶化。这是因为由于外周凹部过长，所以工具刚性降低。

对实验结果进行总结，结果如下。如果外周凹部将两个槽连通，则切屑排出性提高，可以提高进给速度。但是，如果外周凹部的长度过长，则工具刚性降低，孔位置精度恶化。因此，优选外周凹部的长度为将两个槽连通并且尽量短的长度。优选至少一个外周凹部的长度形成为不越过合流点5的长度。另外，该孔位置精度的数值是所谓的平均值＋3σ的数值。印刷配线板的孔位置精度的判定一般使用孔分析器（孔位置坐标测量器），将从本来指令的位置偏移多少表示为根据目标的中心坐标测量出的孔的中心坐标值的分布。孔位置精度一般采用以下两种评价方法：用距中心的最大值表示的方法、和用对离差的平均值加上标准偏差σ的3倍后的值（平均值＋3σ）表示的方法。但是，用最大值进行评价的方法有时受到例如表面的损伤等突发的问题的影响。这里，选择了用平均值＋3σ的数值来评价孔位置精度的方法。

本发明并不限定于以上说明的实施方式，当然能够在不脱离发明主旨的范围适当地进行结构的变更、追加以及删除。例如，也可以针对单一的外周凹部设置多个连通部。连通部也可以设置在多个外周凹部中，也可以设置在全部的外周凹部中设置。外周凹部不需要从前端连续延伸到末端，也可以是断续的。槽、外周凹部以及刃带也可以分别设置3个以上。刃带也可以如构成所谓的双刃带那样，在夹持单一的外周凹部的两侧延伸，该情况下，特别优选连通部形成为横穿该两个刃带。本发明除了印刷配线板用之外，还能够应用于其他用途，例如金属的开孔加工用的钻头。

附图标记说明 ：1-小直径钻头；2-槽；2a-第一槽；2b-第二槽；3-前端；4-切刃；5-合流点；6-外周凹部；6a-第一外周凹部；6b-第二外周凹部；7-连通部；8-后端；9-柄部；10-横刃；11-刃带；12-底切部。

Claims (7)

1.一种小直径钻头（1），

具备：

至少两个槽（2）；

切刃（4），配置在前端（3）；

至少两个刃带（11），划定小直径钻头（1）的外周面的一部分；和

至少两个外周凹部（6），与上述刃带（11）接触而延伸；

上述至少两个槽（2）具有合流点（5）；

该小直径钻头（1）的特征在于，

上述至少两个外周凹部（6）中的至少一个外周凹部（6）在比上述合流点（5）靠前端（3）侧，具有连通部（7），所述连通部（7）用于使上述至少两个槽（2）相互连通。

2.根据权利要求1所述的小直径钻头（1），其特征在于，

上述至少两个外周凹部（6）包括第一外周凹部（6a）和第二外周凹部（6b）；

在从上述前端（3）朝向后端（8）的方向上，第二外周凹部（6b）比第一外周凹部（6a）长；

上述第一外周凹部（6a）具有上述连通部（7）。

3.根据权利要求2所述的小直径钻头（1），其特征在于，

上述第一外周凹部（6a）具有不越过上述合流点（5）的长度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的小直径钻头（1），其特征在于，

具有底切部（12），所述底切部（12）的直径比上述前端（3）处的直径小。

5.根据权利要求4所述的小直径钻头，其特征在于，

上述至少两个上述外周凹部（6）的全部在从上述前端（3）朝向上述后端（8）的方向上，具有越过上述底切部（12）的前端（3）侧的端部的长度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的小直径钻头（1），其特征在于，

至少两个上述槽（2）中的第一槽（2a）的扭转角在前端（3）附近为20°以上60°以下；

第二槽（2b）的扭转角在前端（3）附近为20°以上60°以下，从中途开始向30°以上80°以下变化。

7.根据权利要求6所述的小直径钻头（1），其特征在于，

至少两个上述槽（2）在比上述合流点（5）靠后端（8）侧的区域中，扭转角为20°以上80°以下。

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