JP2002224907A - 穴開けドリルおよび穴開け方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ０．１ｍｍレベルの小径の穴開けにも適用で
きるとともに，量産ベースに乗る程度の耐久性を有する
穴開けドリルおよびそれによる穴開け方法を提供するこ
と。 【解決手段】 アンダーカット形状とし，ドリル径ｄを
０．１１ｍｍ，アンダーカット径ｕを０.１ｍｍ，芯厚
ｗを０.０５ｍｍ，溝幅ｚの溝間幅ｙに対する比率を
２．０，先端角θを１４０#，ネジレ角ψを４０#，とし
た。ＷＣ−Ｃｏ超硬合金のＣｏ含有率は８．０重量％と
した。このように，対象物からストレスをあまり受けな
いようにするとともに強度を確保する形状とし，耐久性
や穴位置精度を得た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，板状物に穴を開け
る穴開けドリルに関する。さらに詳細には，プリント配
線板の製造プロセスにおける貫通穴の形成のような微細
な径の穴開けに適した穴開けドリルに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から，プリント配線板の製造におい
ては，層間接続構造の形成のために基板にドリルで貫通
穴を明けることが行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，従来の
ドリル穴開けでは穴径０．１５ｍｍ程度が限界であっ
た。それより小径の穴を開けようとすると，ドリル自体
もそれに合わせて小径にしなければならないので，ドリ
ルの強度が低く，簡単に折れてしまうのである。ドリル
の代わりにレーザ光を用いる方法もあるが，設備の複雑
化や，パターン箇所への穴開けが困難であること等の問
題点がある。

【０００４】本発明は，前記した従来のドリル穴開けが
有する問題点を解決するためになされたものである。す
なわちその課題とするところは，０．１ｍｍレベルの小
径の穴開けにも適用できるとともに，量産ベースに乗る
程度の耐久性を有する穴開けドリルおよびそれによる穴
開け方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題の解決を目的と
してなされた本発明の穴開けドリルは，ドリル径０．０
８〜０．１２ｍｍの範囲内のものであって，アンダーカ
ット径がドリル径より０.００５〜０.０１５ｍｍの範囲
内で小さいアンダーカット形状であり，芯厚がドリル径
の０.４５〜０.５５倍の範囲内にあり，溝幅が溝間幅の
１.８〜２.２倍の範囲内にある。

【０００６】このレベルの小径の穴をドリルで開けよう
とすると，問題になりがちなのは，ドリルが折れやすい
ことである。この対策として本発明の穴開けドリルで
は，先端付近がやや太いアンダーカット形状を採用し
た。穴開けが進行した段階でドリルの中腹部に対象板か
ら掛かるストレスを軽減するためである。また，ドリル
径に対する芯厚の比率を比較的大きめにとった。ドリル
の強度を確保するためである。さらに，溝間幅に対する
溝幅の比率を比較的大きめにとった。芯厚を大きくとっ
た分溝が浅くなっているため，溝幅を広げて切り粉の排
出経路を確保する必要があるからである。切り粉（特に
導電層の金属成分）がスムーズに排出されないと，ドリ
ルに掛かるストレスが著しく大きくなることがあるから
である。

【０００７】本発明の穴開けドリルは，先端角が１３５
〜１４５゜の範囲内にあるとさらによい。このように先
端角を通常より大きく（鈍角）とることによって，先端
部の強度を確保し，対象板に対する当接の瞬間に起こる
欠けを防止できるのである。また，ネジレ角が３５〜４
５゜の範囲内にあるとよりよい。従来の知見では，ネジ
レ角は小さい方が切り粉の排出性はよいとされていた。
しかし本発明者らが実験を重ねたところ，ドリル径がこ
のレベルまで小さくなると，逆にネジレ角を大きめにし
た方が切り粉の排出性がよいことが判明したのである。
さらに，刃長が１.６〜２.２ｍｍの範囲内にあるとより
よい。このように刃長を長めにとることによって，対象
板を多数重ねて一度に穴開けし，生産性を上げられるか
らである。むろん刃長に合わせて溝長も長くとるべきで
ある。これは，前述の各種の対策により，折れにくいド
リルとしたからこそ可能なことである。そして素材は，
Ｃｏ含有率７.５〜１０.０重量％の範囲内のＷＣ−Ｃｏ
超硬合金であるとよりよい。Ｃｏ含有率をこの程度まで
下げると，素材自体の剛性が高く，穴開けの位置精度を
確保できるのである。反面，材質的には脆いので，前述
の各方策により形状的な要素で強度を確保しておいて初
めて，実用的に可能なのである。

【０００８】そして本発明の穴開け方法は，ドリル径が
０.０８〜０.１２ｍｍの範囲内にあり，アンダーカット
径がドリル径より０.００５〜０.０１５ｍｍの範囲内で
小さいアンダーカット形状であり，芯厚がドリル径の
０.４５〜０.５５倍の範囲内にあり，溝幅が溝間幅の
１.８〜２.２倍の範囲内にある穴開けドリルを用いて板
状物にドリルで穴を開ける方法である。すなわち，上記
のように剛性とともに切り粉の排出性を確保したドリル
を用いるので，このようなレベルの小径でも，ドリルで
穴開けできるのである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下，本発明を具体化した実施の
形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
本実施の形態は，プリント配線板の製造工程において
０．１ｍｍ程度の直径の貫通穴を開けるための穴開けド
リルおよびそれによる穴開け方法として，本発明を具体
化したものである。

【００１０】まず，本実施の形態で使用する穴開けドリ
ルを説明する。本実施の形態に係る穴開けドリル１は，
図１に示すように，螺旋状に溝１１が切られた刃部１０
と，工作機器に取り付けるためのシャンク部２０とを有
している。刃部１０のうちさらに先端付近は，それ以外
の部分よりやや大径の先端部１２とされている。刃部１
０のうち先端部１２を除いた部分を，アンダーカット部
１３という。また，刃部１０のうち溝１１と溝１１との
間の部分を，溝間１４という。穴開けドリル１の溝１１
は，２重螺旋状をなしている。穴開けドリル１のアンダ
ーカット部１３における断面図を図２に示す。

【００１１】穴開けドリル１において，先端部１２の直
径をドリル径ｄ，アンダーカット部１３の直径をアンダ
ーカット径ｕ，刃部１０の全長を刃長ｂ，刃部１０のう
ち先端から溝１１の終端までの長さを溝長ｇ，溝１１の
軸方向における幅を溝幅ｚ，溝間１４の軸方向における
幅を溝間幅ｙ，断面図中における溝１１と溝１１に挟ま
れた部分の肉厚を芯厚ｗ，とそれぞれ称する。また，先
端の開き角を先端角θ，溝１１が側面上で軸方向となす
角をネジレ角ψ，と称する。

【００１２】穴開けドリル１では，ドリル径ｄを０.１
１ｍｍ，アンダーカット径ｕを０.１ｍｍ，としてい
る。このように，先端部１２とその後方との間にわずか
ながら段差のあるアンダーカット形状とすることによ
り，穴開けが進行して先端部が対象板の裏面側に突出し
た後の時点において穴開けドリル１に掛かるストレスが
軽減されるのである。対象板に開いた穴の壁面と穴開け
ドリル１の外面との間にわずかながら隙間ができるから
である。これにより，穴開けドリル１の折れを防止して
いる。ドリル径ｄとアンダーカット径ｕとの差（ｄ−
ｕ）は，あまり小さすぎては意味がなく，逆に大きすぎ
るとアンダーカット径ｕの不足により穴開けドリル１の
強度そのものが低下してしまう。このため，差（ｄ−
ｕ）は，０．００５〜０.０１５ｍｍの範囲内が適切で
あり，本実施の形態では０.０１ｍｍとしたのである。

【００１３】また，穴開けドリル１では，芯厚ｗを０．
０５３ｍｍとしている。これはドリル径ｄに対し０．４
８倍に相当する。従来一般的な穴開けドリルではこの比
率はもっと小さく，０．４倍程度かそれ以下である。し
かしこのレベルの小径ドリルでは，この程度しか芯厚ｗ
がないと強度不足で折れが多発してしまう。このため，
芯厚ｗのドリル径ｄに対する比率をもっと大きくとらな
ければならないのである。かといってあまりに大きくす
ると，溝１１の本来の役割である切り粉の排出経路とし
ての機能が低下してしまう。切り粉が詰まると，局所的
に大きなストレスが掛かり，ドリル折れに至る。このた
め，この比率の好ましい範囲は，０．４５〜０.５５倍
であり，本実施の形態では０.４８倍としたのである。

【００１４】さらに，穴開けドリル１では，溝幅ｚの溝
間幅ｙに対する比率を２．０としている。すなわち，溝
幅ｚは溝間幅ｙの２倍あるわけである。従来一般的な穴
開けドリルではこの比率はもっと小さく，１．６程度し
かない。しかし前述のように本実施の形態では，ドリル
強度を確保するために芯厚ｗを大きくとっている。この
ことは，溝１１が浅いことを意味するので，その分幅を
広げて溝１１の断面積を確保しないと，切り粉の排出性
が悪いものとなってしまうからである。このためこの比
率は，１.８〜２.２程度あるのが望ましく，本実施の形
態では２．０としたのである。

【００１５】そして，穴開けドリル１では，先端角θを
１４０゜としている。従来一般的な穴開けドリルでは先
端角θはもっと小く（より鋭い），１３０゜程度であ
る。先端角θが小さいと，先端付近の強度が低い。ドリ
ル径ｄ（および穴径）が従来並に大きい場合にはこれは
ほとんど問題にならないが，本実施の形態のように０．
１ｍｍレベルの小径になってくると，先端角θが小さい
ことによる先端付近の強度不足が無視できない。具体的
には，対象板にドリルの先端が当接した瞬間に先端が欠
けてしまうことがあるのである。欠けるまでには至らな
かったとしても，わずかにドリルが撓み，穴開けの位置
精度が落ちてしまうのである。特に，対象板がガラス繊
維を含むものである場合にこのようなことが起きがちで
ある。このため，このレベルの小径では，先端角θを１
３５〜１４５゜程度まで大きくした方がよく，本実施の
形態では１４０#としたのである。

【００１６】また，穴開けドリル１では，ネジレ角ψを
４０゜としている。従来一般的な穴開けドリルでは，切
り粉の排出性の観点からネジレ角ψは小さい方がよいと
され，３０#程度である。しかし０.１ｍｍレベルの小径
になってくると，ネジレ角ψをむしろ大きめにとった方
が切り粉の排出性がよいことがわかったのである。そこ
で本実施の形態では４０#としたのである。

【００１７】さらに，穴開けドリル１では，ＷＣ−Ｃｏ
超硬合金を素材とするとともに，そのＣｏ含有率を８．
０重量％としている。従来一般的な穴開けドリルでは，
Ｃｏ含有率は１２重量％程度である。しかし本実施の形
態のように０．１ｍｍレベルの小径になってくると，素
材の撓みによる穴開け位置精度の低下が問題となってく
る。に，対象板がガラス繊維を含むものである場合に位
置ずれが生じやすい。Ｃｏ含有率を７.５〜９.０重量％
程度まで下げると，ＷＣ−Ｃｏ超硬合金の硬度が高く，
穴開けの位置精度を確保できるのである。そこで本実施
の形態では８．０重量％としたのである。なお，Ｃｏ含
有率の低減は，材質的には脆いというマイナス面も伴う
ことは否めない。本実施の形態では，前述の各方策によ
り形状的な要素で強度を確保しているからこそ，実用的
に可能なのである。

【００１８】そして，穴開けドリル１では，刃長ｂを
２．０ｍｍとしている。このように刃長ｂを長めにとっ
たのは対象板たるプリント配線板を多数重ねて一度に穴
開けし，生産性を上げるためである。むろん刃長ｂに合
わせて溝長ｇも，１．８ｍｍ確保している。ただし，刃
長ｂが長いということは，その分折れやすいということ
でもある。本実施の形態では，前述の各方策により折れ
にくいドリルとしているからこそ可能なことである。な
お，そうはいっても刃長ｂが２．２ｍｍを超えるほどと
なると，折れやすさの方が勝ってしまうので好ましくな
い。

【００１９】上記のような穴開けドリル１で穴開けプロ
セスの実施試験をしたので，その結果を説明する。試験
条件は，次のとおりとした。まず対象板は，エポキシプ
リプレグに銅箔を重ね合わせたもの（全厚０．２ｍｍ，
銅箔１２μｍ）とし，３枚重ねで試験した。また，当て
板としてＣＡＥシート（アルミ板（厚さ０．１ｍｍ以
下）に潤滑剤を塗布したもの）を用い，捨て板としてベ
ーク板を用いた。そして，ドリル回転数１５５ｋｒｐ
ｍ，ドリル送り速度２.１６５ｃｍ/秒（ステップ送りな
し）で穴開け加工した。

【００２０】この条件での試験を１０本の穴開けドリル
１で実施した結果，３０００ヒット（１２０００穴）ま
でドリル折れが１本も発生しなかった。切り粉の詰まり
も発生しなかった。また，そのときの穴位置分布図は，
図３に示すようになった。これより，４０μｍを超える
位置ずれはなく，位置精度が良好であることがわかる。
なお，従来型のドリルでは，３０００ヒット（１２００
０穴）までには１０本全部が折れてしまった。

【００２１】また，開けた穴の壁面の粗さを測定し，従
来型のドリルによるもの（３枚重ねでなく１枚ずつ）と
比較したところ，図４に示す結果が得られた。これによ
れば穴開けドリル１（図中「当ドリル」）は，従来品と
比較して，平均値でやや優れ，ばらつきではほぼ同等の
成績となっている。また，開けた穴にめっきを施した後
における，絶縁層へのめっき液の浸み込み（主としてガ
ラスクロスへの浸み込み）の距離を測定し，従来品によ
るもの（同上）と比較したところ，図５に示す結果が得
られた。これによれば穴開けドリル１は，従来品と比較
して，平均値でほぼ同等，ばらつきでやや優れた成績と
なっている。図４および図５は，穴開けドリル１では，
３枚重ねで穴開けしても，従来品で１枚ずつ穴開けした
場合と比較して，穴の壁面の平滑度やダメージ状況に関
して同等かやや優れることを示している。

【００２２】以上詳細に説明したように本実施の形態に
よれば，穴開けドリル１の形状をアンダーカット形状と
し，各形状パラメータを，ドリルの強度を確保しつつ切
り粉の排出性にも配慮し，高度の高い素材で構成してい
る。これにより，０．１ｍｍレベルの小径の穴を開ける
に際しても，ドリル寿命，生産性，穴の位置精度のいず
れにも優れた穴開けドリルおよびそれによる穴開け方法
が実現されている。

【００２３】なお，本実施の形態は単なる例示にすぎ
ず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本
発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改
良，変形が可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば，０．１ｍｍレベルの小径の穴開けにも適用でき
るとともに，量産ベースに乗る程度の耐久性を有する穴
開けドリルおよびそれによる穴開け方法が提供されてい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係る穴開けドリルを示す側面図で
ある。

【図２】図１の穴開けドリルの断面図である。

【図３】穴開け試験での穴位置分布図である。

【図４】穴の壁面の粗さの統計を示すグラフである。

【図５】穴の壁面へのめっき液の浸み込み距離の統計を
示すグラフである。

【符号の説明】

１ 穴開けドリル １０ 刃部 １１ 溝 １２ 先端部 １３ アンダーカット部 １４ 溝間 ｄ ドリル径 ｕ アンダーカット径 ｗ 芯厚 ｙ 溝間幅 ｚ 溝幅 θ 先端角 ψ ネジレ角

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状物に穴を開ける穴開けドリルにおい
   て，ドリル径が０.０８〜０.１２ｍｍの範囲内にあり，
   アンダーカット径がドリル径より０.００５〜０.０１５
   ｍｍの範囲内で小さいアンダーカット形状であり，芯厚
   がドリル径の０.４５〜０.５５倍の範囲内にあり，溝幅
   が溝間幅の１.８〜２.２倍の範囲内にあることを特徴と
   する穴開けドリル。
2. 【請求項２】 請求項１に記載する穴開けドリルにおい
   て，先端角が１３５〜１４５#の範囲内にあり，ネジレ
   角が３５〜４５#の範囲内にあり，刃長が１.６〜２.２
   ｍｍの範囲内にあり，Ｃｏ含有率７.５〜１０.０重量％
   の範囲内のＷＣ−Ｃｏ超硬合金で形成されていることを
   特徴とする穴開けドリル。
3. 【請求項３】 板状物にドリルで穴を開ける穴開け方法
   において，ドリル径が０.０８〜０.１２ｍｍの範囲内に
   あり，アンダーカット径がドリル径より０.００５〜０.
   ０１５ｍｍの範囲内で小さいアンダーカット形状であ
   り，芯厚がドリル径の０.４５〜０.５５倍の範囲内にあ
   り，溝幅が溝間幅の１.８〜２.２倍の範囲内にある穴開
   けドリルを用いることを特徴とする穴開け方法。