CN203426505U - 钻孔工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种钻孔工具，其与现有的PCB用钻头相比能大幅改善孔位置精度和耐折损性且实用性优良。钻孔工具在工具主体的外周设有从工具前端朝向基端侧的两条螺旋状的切屑排出槽，从工具前端位置起，在各切屑排出槽与刃带部之间分别设有比该刃带部的外周面低一阶的间隙形成用台阶部，两条切屑排出槽包括：一条主槽，其形成至工具基端侧；以及一条副槽，其与主槽的中途部连接设置，在所述钻孔工具中，设置在主槽与刃带部之间的间隙形成用台阶部、或者设置在副槽与刃带部之间的间隙形成用台阶部具有主槽的槽长的50%以上的长度以及比刃带部的外周面深2μm以上的深度。

Description

钻孔工具

技术领域

本实用新型涉及钻孔工具。 

背景技术

近年来，如专利文献1中公开的印刷电路板（PCB）的钻孔加工用钻头的现状是向着微细化和高长径化发展，且希望更进一步改善孔位置精度和耐折损性。 

专利文献1：日本特开2012-11489号公报 

实用新型内容

本实用新型是鉴于上述现状作出的，其提供一种与现有PCB用钻头相比能大幅改善孔位置精度和耐折损性且实用性优良的钻孔工具。 

参照附图说明本实用新型的主旨。 

一种钻孔工具，在工具主体1的外周设有从工具前端朝向基端侧的两条螺旋状的切屑排出槽2a、2b，从工具前端位置起，在前述各切屑排出槽2a、2b与刃带部3之间分别设有比该刃带部3的外周面低一阶的间隙形成用台阶部4a、4b，前述两条切屑排出槽2a、2b包括：一条主槽2a，其形成至工具基端侧；以及一条副槽2b，其与前述主槽2a的中途部连接设置，所述钻孔工具的特征在于，设置在前述主槽2a与前述刃带部3之间的间隙形成用台阶部4a、或者设置在前述副槽2b与前述刃带部3之间的间隙形成用台阶部4b具有前述主槽2a的槽长的50%以上的长度以及比前述刃带部3的外周面深2μm以上的深度。 

另外，在技术方案1记载的钻孔工具中，在假设工具轴向上的前述间隙形成用台阶部4a、4b的宽度与相邻的刃带部3的宽度之和为100%的情况下，在前述主槽2a与前述副槽2b连接设置后的预定区域，前述间隙形成用台阶部4a、4b的宽度被设定在前述和的10%以上且90%以下的范围。 

另外，在技术方案2记载的钻孔工具中，在前述主槽2a和前述副槽2b连接设置 后的并行部或单槽部，前述间隙形成用台阶部4a、4b的宽度被设定在前述和的10%以上且90%以下的范围。 

另外，在技术方案1～3中任一项记载的钻孔工具中，以前述主槽2a的槽长的50%以上的长度设置的前述间隙形成用台阶部4a、4b采用在工具前端侧沿着前述副槽2b设置、并在工具基端侧沿着前述主槽2a设置的构造，或者采用沿着前述主槽2a设置的构造。 

另外，在技术方案1～3中任一项记载的钻孔工具中，以前述主槽2a的槽长的50%以上的长度设置的前述间隙形成用台阶部4a、4b采用沿着前述副槽2b设置的构造，或者采用在工具前端侧沿着前述主槽2a设置、并在工具基端侧沿着前述副槽2b设置的构造。 

另外，在技术方案1～3中任一项记载的钻孔工具中，前述间隙形成用台阶部4a、4b具有比前述切屑排出槽2a、2b的最深部浅2μm以上的深度。 

另外，在技术方案4记载的钻孔工具中，前述间隙形成用台阶部4a、4b具有比前述切屑排出槽2a、2b的最深部浅2μm以上的深度。 

另外，在技术方案5记载的钻孔工具中，前述间隙形成用台阶部4a、4b具有比前述切屑排出槽2a、2b的最深部浅2μm以上的深度。 

本实用新型由于采用了上述构造，因此成为一种与现有的PCB用钻头相比能大幅改善孔位置精度和耐折损性且实用性优良的钻孔工具。 

附图说明

图1是本实施例的主要部分的概略说明侧视图。 

图2是另一例的主要部分的概略说明侧视图。 

图3是示出本实施例的主槽、副槽及间隙形成用台阶部的概要的概略展开图。 

图4是示出另一例的主槽、副槽及间隙形成用台阶部的概要的概略展开图。 

图5是示出现有例的主槽、副槽及间隙形成用台阶部的概要的概略展开图。 

图6是在螺旋方向观察间隙形成用台阶部的深度的情况的概略说明图。 

图7是说明在工具轴向上的间隙宽度与刃带（land）宽度的关系的概略说明图。 

标号说明 

1工具主体 

2a主槽（切屑排出槽） 

2b副槽（切屑排出槽） 

3刃带部 

4a、4b间隙形成用台阶部 

L1槽长 

L2延伸间隙的长度 

L3不延伸的间隙的长度 

L4间隙的长度 

C1第一螺旋角变化位置 

C2第二螺旋角变化位置 

P1各槽间的相位 

P2钻头外周圆上的相位 

D连接设置点 

T1并行部 

T2连接设置过渡部 

T3双槽部 

H从钻头前端起的轴向距离 

具体实施方式

基于附图示出本实用新型的作用并简单地说明本实用新型的优选实施方式。 

利用设在工具前端部的间隙（间隙形成用台阶部），能够确保前端部的容屑槽以改善前端部的切屑排出性，且能够使前端部的刃带部外周与被切削物的内壁面之间的接触面积减小以减小前端部的切削阻力。 

并且，通过将此间隙设成具有主槽的槽长的50%以上的长度而不是仅位于工具前端部，能够将工具的刚性下降抑制到最小限度，同时在工具基端侧，也可以实现切屑排出性的改善，并能够通过减少与被切削物的内壁面之间的接触面积来实现切削阻力的减小。 

实施例 

基于附图说明本实用新型的具体实施例。 

本实施例为这样一种钻孔工具，在工具主体1的外周设有从工具前端朝向基端侧的多条螺旋状切屑排出槽2a、2b，在前述各切屑排出槽2a、2b与刃带部3之间设有比该刃带部3的外周面低一阶的间隙形成用台阶部4a、4b，前述多条切屑排出槽2a、2b包括：一条主槽2a，其形成至工具基端侧；以及一条副槽2b，其与前述主槽2a的中途部连接设置、或者不与前述主槽2a的中途部连接设置而是在工具中途部消失，从工具前端位置起在前述主槽2a和在工具轴向基端侧与前述主槽2a相邻的前述刃带部3之间、以及前述副槽2b和在工具轴向基端侧与前述副槽2b相邻的前述刃带部3之间各设置有一条前述间隙形成用台阶部4a、4b，间隙形成用台阶部4a、4b中的任一方具有前述主槽2a的槽长的50%以上的长度、以及比前述刃带部3的外周面深2μm以上且比前述切屑排出槽2a、2b的最深部浅2μm以上的深度。 

本实施例为双刃双槽形状的钻头且使用于PCB的钻孔加工，在这种钻头中，各设置有一条主槽2a和副槽2b，且在该主槽2a和副槽2b的前刀面与工具主体1的前端后刀面之间的各交叉棱线部处与工具主体1一体地设有切削刃。此外，在本实施例中，将形成至工具基端侧的槽称为主槽2a，将与主槽2a的中途部连接设置而与主槽2a一体化或者与主槽2a并行的槽、或者不与主槽2a连接设置而是在工具中途部消失（在中途结束）的槽称为副槽2b。 

具体而言，在本实施例中，与主槽2a连接设置的副槽2b构造成并行至工具基端侧。即，采用这样一种构造：主槽2a与副槽2b连接设置，两者的一部分重合，两条槽以各槽的最深点相隔预定距离的状态并行。主槽2a与副槽2b以使主槽2a的螺旋角固定、且使副槽2b的螺旋角变化的方式连接设置，但也可以使主槽2a和副槽2b双方的螺旋角变化的方式连接设置。在任一情况下，连接设置后的螺旋角都设定为相同角度。此外，也可构造成与主槽2a连接设置的副槽2b与主槽2a汇合后成为一条槽。另外，也可采用副槽2b不与主槽2a连接设置而是在中途结束的构造（在工具基端侧仅主槽2a剩余的构造）。 

另外，本实施例采用这样一种构造，具体而言，如图3、4所示，主槽2a和副槽2b前端部的螺旋角θ1设定为相同角度，主槽2a被设定为其螺旋角θ1直至工具基端侧都固定，使副槽2b从第一螺旋角变化位置起变成螺旋角θ2以与主槽2a连接设置、且连接设置后在第二螺旋角变化位置再次变成螺旋角θ1，由此使主槽2a和副槽2b在连接设置后并行（形成并行槽）。此外，图中，形成有主槽2a槽长的区间中，工具 轴向上从工具前端至最靠近前端的螺旋角变化位置的区间称为双槽部，从最靠近前端的螺旋角变化位置至两槽连接设置以形成并行槽的区间称为连接设置过渡部，从形成并行槽起至基端部的区间称为并行部。此外，在采用使连接设置后的主槽2a和副槽2b汇合成为一条槽的构造、或者副槽2b不与主槽2a连接设置而是在途中结束的构造的情况下，仅剩余主槽2a的区间称为单槽部。 

采用上述构造的副槽2b的理由如下。 

作为PCB钻头折损的主要原因，可以列举出（a）由于钻头刚性（强度）不足导致的孔向偏离、（b）由于切屑排出槽的槽容积不足、螺旋角小（影响切屑排出槽内的切屑上升作用）等导致的切屑排出困难、（c）由于磨损导致的孔向偏离和切屑排出恶化、（d）由于与被切削物的内壁面之间的接触面积大导致的切削扭矩恶化等。 

在任一情况下，加工的长径比（以槽长/直径来表示的值）越大，由于上述（a）～（d）导致的切削阻力就越上升，钻头的破坏强度变得不能承受此切削阻力，从而折损。因此，为改善钻头的耐折损性，问题在于确保刚性和减小切削阻力（改善排出性、减少与孔内壁的接触面积），然而，确保刚性与减小切削阻力处于此消彼长的关系。 

另外，PCB钻头有这样的倾向：越是刚性高的形状、越难以挠曲，从而改善孔位置精度。但相应地切屑排出性恶化且孔内壁粗糙度恶化，由于因不能获得良好的切屑排出性导致的孔周围的切屑残留、或者与此相伴的垫板的变形，进入垫板时的直进性恶化且孔位置精度恶化。 

因此，通过采用如前所述的连接设置主槽与副槽的形状（双刃槽连接设置形状），能够使钻头前端侧具有良好的切削性和排出性且在根侧（基端侧）确保刚性，并且与现有的双刃双槽形状相比，能够改善耐折损性和孔位置精度。 

不过，由于钻芯厚度、钻芯锥度、槽宽比和螺旋角的设定方法，与现有的双刃双槽形状相比，根侧的槽体积减少，所以切屑排出性容易恶化。由此，存在这样的情况：由于切削阻力上升导致耐折损性恶化，由于因不能获得良好的切屑排出性导致的孔周围的切屑残留或者与此相伴的垫板的变形而导致孔位置精度恶化。 

另外，例如如前所述，通过采用一条槽在槽中途结束且在根侧形成为一条槽的形状，能够在前端部获得向心效果，加工时的直进性变得良好，另外，由于在根侧为一条槽，因此能够获得刚性变高且难以挠曲的效果，并能够改善孔位置精度。 

然而，与双刃槽连接设置形状一样，存在这样的情况：由于钻芯厚度、钻芯锥度、 槽宽比和螺旋角的设定方法，与现有的双刃双槽形状相比，根侧的槽体积减少，所以切屑排出性容易恶化。另外，由于在工具根部为一条槽，所以也存在与被切削物的内壁面之间的接触面积变大而容易折损的情况。 

因此，为了解决上述问题点，本实施例不是单纯地仅采用上述双刃槽连接设置形状或结束形状，在上述双刃槽连接设置形状的并行部或单槽部中、或者结束形状的钻头的单槽部中也设置了间隙（间隙形成用台阶部4a、4b），由此可将钻头的刚性下降抑制至最小限度，同时能够改善槽根侧的单槽部或双槽并行部的切屑排出性，并能够通过减少与被切削物的内壁面之间的接触面积来减小切削阻力。 

即，通常，如图5所示，间隙仅设在工具前端部，不存在在主槽2a与副槽2b连接设置后还设置间隙的构造，然而在本实施例中，在单槽部或并行部也设有间隙（延伸间隙）。 

以下说明间隙（间隙形成用台阶部4a、4b）的构造。 

从工具前端位置起在主槽2a和在工具轴向基端侧与前述主槽2a相邻的刃带部3之间、以及副槽2b和在工具轴向基端侧与前述副槽2b相邻的刃带部3之间各设置有一条间隙形成用台阶部4a、4b。另外，间隙形成用台阶部4a、4b中的任一方被形成为具有主槽2a的槽长的50%以上、100%以下的长度。在本实施例中设定为80%。间隙形成用台阶部4a、4b中的这一方形成延伸间隙。此外，间隙形成用台阶部4a、4b中的另一方（不延伸的间隙）设置到连接设置点或结束位置的前端侧位置为止。 

钻头的槽长越长，越容易挠曲、越容易导致孔位置精度的恶化或折损。因此，一般将槽长设定为使用在垫板的厚度、基板的厚度、重叠片数、向弃板切入的切入深度的总和的60%以上且90%以下。 

在上述切入深度相对于槽长为60%左右的情况下，延伸间隙相对于此槽长的长度若比槽长的50%短，则难以获得良好的排出性。 

另外，通过使延伸间隙槽具有与槽长（主槽2a）相同的长度，由于在槽长整个范围都存在间隙，所以即使上述切入深度采用槽长的90%的情况下，也能够实现良好的排出。 

因此，在本实施例中，将间隙形成用台阶部4a、4b中的一方的长度设定在上述数值范围内。 

间隙形成用台阶部4a、4b被设定为具有比刃带部3的外周面深2μm以上、且比 切屑排出槽2a、2b的最深部浅2μm以上的深度。间隙形成用台阶部4a、4b的深度是图6的d图示出的阶梯差量。d是在间隙形成用台阶部4a、4b的从螺旋方向观察的轴向宽度的中央位置处测量的。在本实施例中，在并行部处，d设定为从刃带部3的外周面起10μm。此外，切屑排出槽2a、2b两者具有相同的槽深，以槽最深部的深度为基准，使间隙形成用台阶部4a、4b的深度为比槽最深部的深度浅2μm以上的深度。此外，槽后方的延伸间隙（间隙形成用台阶部4a、4b）的深度也可以与前端部的间隙（间隙形成用台阶部4a、4b）的深度不同。 

若延伸间隙的槽过深且比切屑排出槽2a、2b的槽深还要深，则在槽后方，切屑排出槽和间隙整体的槽容积变得过大，刚性降低，钻头容易挠曲。 

另外，由于间隙还有助于切屑排出效果，所以若间隙过浅，则排出效果下降，但只要通过设置间隙而从外周面沿半径方向产生阶梯差，就能够减小与被切削物的内壁面之间的接触阻力且能够在耐折损方面期待改善。 

另外，此2μm这个数值是在考虑了当前的钻头制造能力的情况下能够实现的尺寸值。 

因此，本实施例中，将间隙形成用台阶部4a、4b的深度设定在上述数值范围。 

另外，本实施例中，在假设工具轴向上的间隙形成用台阶部4a、4b的宽度与相邻的刃带部3的宽度之和为100%的情况下，在主槽2a和副槽2b连接设置后的预定区域、或者在副槽2b不与主槽2a连接设置的情况下的副槽消失后（结束后）的预定区域，将间隙形成用台阶部4a、4b的宽度设定在前述和的10%以上且90%以下的范围。 

具体而言，在假设图7中的间隙形成用台阶部4a、4b的宽度（间隙宽度）A与刃带部3的宽度（刃带宽度）B之和的轴向距离为100%的情况下，在主槽2a和副槽2b连接设置后的并行部或单槽部、或者副槽2b结束后的单槽部，将间隙形成用台阶部4a、4b的宽度A设定在前述和的10%以上且90%以下的范围。即，在间隙形成用台阶部4a、4b在并行部并行的整个范围，使间隙宽度和刃带宽度满足上述数值范围。此外，在本实施例中，使间隙形成用台阶部4a、4b的宽度A为前述和的40%。 

此外，并行部的间隙宽度与刃带宽度的比在区间内也可以不固定。例如，若在工具基端侧增大刃带宽度的比率，则能够确保刚性并改善孔位置精度。 

若间隙形成用台阶部4a、4b的宽度大于前述和的90%，则刚性降低且导致孔位 置精度的恶化。 

另外，若间隙形成用台阶部4a、4b的宽度小于前述和的10%，则难以获得间隙的排出效果，且由于刃带变大使得加工时与被切削物的内壁面之间的接触面积变大，从而发生内壁粗糙度的恶化和折损。 

因此，在本实施例中，将相邻的间隙形成用台阶部4a、4b的宽度和刃带部3的宽度设定在上述数值范围。 

在本实施例中，采用如下构造（槽追随型）：将以前述主槽2a的槽长的50%以上的长度设置的前述间隙形成用台阶部4b作为延伸间隙，且如图1和图3所示，使其沿着前述副槽2b（在从双槽部至并行部的范围追随副槽2b）设置。此情况下，间隙的容积比较大，所以排出性变得良好。 

另外，也可以如图2和图4所示的另一例那样采用如下构造（槽交叉型）：将以前述主槽2a的槽长的50%以上的长度设置的间隙形成用台阶部4a作为延伸间隙，且使其在工具前端侧沿着前述主槽2a设置、并在工具基端侧沿着前述副槽2b（追随主槽2a且以跨过副槽2b的方式与前述副槽2b交叉）设置。槽交叉型的情况下，如图2和图4所示，间隙在工具前端侧的双槽部沿着主槽2a，此后以跨过副槽2b的方式与副槽2b交叉，并在工具基端侧的并行部沿着副槽2b形成。此情况下，间隙的容积比较小，所以孔位置精度变得良好。 

另外，在将间隙形成用台阶部的构造应用于一方的槽在槽中途结束且槽在根侧变成一条的形状的情况下，以前述主槽2a的槽长的50%以上的长度设置的间隙形成用台阶部采用从双槽部至单槽部沿着前述主槽2a设置的构造（槽追随型），或者采用在工具前端侧沿着前述副槽2b设置且在单槽部沿着前述主槽2a设置的构造（槽交叉型）。 

另外，在应用于一方的槽与另一方的槽连接设置且汇合后成为一条槽的形状的情况下，间隙形成用台阶部采用从双槽部至单槽部沿着前述主槽2a设置的构造（槽交叉型），或者，采用在工具前端侧沿着前述副槽2b设置且在单槽部沿着前述主槽2a设置的构造（槽追随型）。 

本实施例由于采用了上述构造，因此利用设在工具前端部的间隙，能够确保前端部的容屑槽以改善前端部的切屑排出性，且能够使前端部的刃带部外周与被切削物的内壁面之间的接触面积减小以降低前端部的切削阻力。 

并且，通过将此间隙设成具有主槽的槽长的50%以上的长度而不是仅位于工具前端部，能够将工具的刚性下降抑制到最小限度，同时在工具基端侧，也可以实现切屑排出性的改善，并能够通过减少与被切削物的内壁面之间的接触面积来实现切削阻力的减小。 

因此，本实施例与现有的PCB用钻头相比，能大幅改善孔位置精度和耐折损性且实用性优良。 

下面，对证明本实施例效果的实验例进行说明。 

表格1 

钻头尺寸：直径0.2mm×槽长3.5mm 

表格1是示出实验条件和实验结果的图表，该实验采用在如图1、3所示的双刃双槽形状的钻头中将副槽与主槽连接设置后使两者并行的构造（双刃），使间隙形状发生各种变化，并对折损寿命、孔位置精度和内壁粗糙度进行评价。 

具体而言，钻头的尺寸为直径0.2mm×槽长3.5mm，编号1～4采用完全相同的材质和防侧蚀（undercut）方式。另外，编号1～4分别具有相同的前端形状，且其它的形状项目（前端角、钻芯厚度等）也相同。 

编号1是不设置间隙（间隙形成用台阶部。以下同样）的类型。 

编号2是在各槽均设有从前端起长0.6mm的间隙的类型。 

编号3在各槽都设有间隙，一方的间隙具有从前端起0.6mm的长度，另一方的间隙为槽追随型且具有从前端起2.8mm的长度。 

编号4在各槽都设有间隙，一方的间隙具有从前端起0.6mm的长度，另一方的间隙为槽交叉型且具有从前端起2.8mm的长度。 

利用以上钻头，重叠三片作为PCB的“厚0.8mm的FR-4（两面）”，采用铝板（厚0.2mm）作为垫板，采用胶木板（ベーク板）（厚1.5mm）作为弃板进行实验。此外，转速和进给速度在折损评价以及孔位置精度和内壁粗糙度的评价中作如下变更。 

＜折损寿命＞ 

·转速：120krpm、进给速度：3.0m/min、主轴的上升速度：25.4m/min下，比较钻头至折损为止的击打数。 

·每种规格评价三根钻头，算出钻头至折损为止的击打数的平均值。 

＜孔位置精度、内壁粗糙度＞ 

·转速：160krpm、进给速度：3.0m/min、主轴的上升速度：25.4m/min下，进行2000次击打加工（※在可进行2000次击打加工的条件下实施）。 

·对于孔位置精度，算出每种规格的三根钻头（每根钻头击打2000次，共击打6000次）在最下方基板背面侧加工出的所有加工孔的孔偏移量的平均＋3σ值。 

·对于内壁粗糙度，算出每种规格的一根钻头进行2000次击打附近的从最上方基板到最下方基板的10个加工孔的内壁粗糙度的平均值。 

由表格1，对于折损寿命，能够确认依据本实施例的实验例1、2远远优于现有例1、2，设有延伸间隙的钻头更难以折损且耐折损性优良。 

另外，若比较实验例1、2，可以知道实验例1（槽追随型）更难以折损且内壁粗糙度更良好，而实施例2（槽交叉型）在孔位置精度方面更优良。即，槽追随型由于切屑排出性良好，所以被认为耐折损性和内壁粗糙度得以改善。另一方面，槽交叉型在切屑排出性方面劣于槽追随型，但相应地其刚性变高，所以被认为孔位置精度优良。 

Claims (8)

1.一种钻孔工具，在工具主体的外周设有从工具前端朝向基端侧的两条螺旋状的切屑排出槽，从工具前端位置起，在所述各切屑排出槽与刃带部之间分别设有比该刃带部的外周面低一阶的间隙形成用台阶部，所述两条切屑排出槽包括：一条主槽，其形成至工具基端侧；以及一条副槽，其与所述主槽的中途部连接设置，所述钻孔工具的特征在于，设置在所述主槽与所述刃带部之间的间隙形成用台阶部、或者设置在所述副槽与所述刃带部之间的间隙形成用台阶部具有所述主槽的槽长的50%以上的长度以及比所述刃带部的外周面深2μm以上的深度。 

2.根据权利要求1所述的钻孔工具，其特征在于，在假设工具轴向上的所述间隙形成用台阶部的宽度与相邻的刃带部的宽度之和为100%的情况下，在所述主槽与所述副槽连接设置后的预定区域，所述间隙形成用台阶部的宽度被设定在所述和的10%以上且90%以下的范围。 

3.根据权利要求2所述的钻孔工具，其特征在于，在所述主槽和所述副槽连接设置后的并行部或单槽部，所述间隙形成用台阶部的宽度被设定在所述和的10%以上且90%以下的范围。 

4.根据权利要求1～3中任一项所述的钻孔工具，其特征在于，以所述主槽的槽长的50%以上的长度设置的所述间隙形成用台阶部采用在工具前端侧沿着所述副槽设置、并在工具基端侧沿着所述主槽设置的构造，或者采用沿着所述主槽设置的构造。 

5.根据权利要求1～3中任一项所述的钻孔工具，其特征在于，以所述主槽的槽长的50%以上的长度设置的所述间隙形成用台阶部采用沿着所述副槽设置的构造，或者采用在工具前端侧沿着所述主槽设置、并在工具基端侧沿着所述副槽设置的构造。 

6.根据权利要求1～3中任一项所述的钻孔工具，其特征在于，所述间隙形成用台阶部具有比所述切屑排出槽的最深部浅2μm以上的深度。 

7.根据权利要求4所述的钻孔工具，其特征在于，所述间隙形成用台阶部具有比所述切屑排出槽的最深部浅2μm以上的深度。 

8.根据权利要求5所述的钻孔工具，其特征在于，所述间隙形成用台阶部具有比所述切屑排出槽的最深部浅2μm以上的深度。 

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