JP4015034B2 - 小径ドリル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被削材に小径の穴を加工するのに用いられる小径ドリルに関し、とくに、焼入れ鋼などの高硬度材料に小径の穴を加工するのに用いられる小径ドリルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、プリント基板に対して小径の穴を形成するため、小径ドリルを用いた穴明け加工がよく行われており（例えば、特許文献１，２参照）、このような小径ドリルとしては、刃先部の先端から後端まで一定の外径を有した、いわゆるストレートタイプのものが用いられるだけでなく、加工穴の内壁面へ接触する刃先部の外周面の面積を減少させるように逃げを設けて、この加工穴の内壁面精度を向上させることを狙った、図３や図４に示すような小径ドリルが用いられることが多々ある。
【０００３】
図３の概略側面図に示すような小径ドリルは、軸線Ｏ回りに回転されるドリル本体１の刃先部２の外径が、軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがい漸次縮径していくような、いわゆるバックテーパタイプのものであって、刃先部２の先端の外径Ｄ１が刃先部２の最大外径となっているとともに、刃先部２の後端の外径Ｄ２が刃先部２の最小外径となっているものである。
また、図４の概略側面図に示すような小径ドリルは、軸線Ｏ回りに回転されるドリル本体１の刃先部２が、第一刃先部２Ａと、この第一刃先部２Ａの外径Ｄ１よりも小さい外径Ｄ２で第一刃先部２Ａの後端側に段差を介して連なる第二刃先部２Ｂとから構成された、いわゆるアンダーカットタイプのものであって、第一刃先部２Ａの略全長に亘って一定とされた外径Ｄ１が刃先部２の最大外径となっているとともに、第二刃先部２Ｂの略全長に亘って一定とされた外径Ｄ２が刃先部２の最小外径となっているものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５５−１５０９０５号公報
【特許文献２】
特開平６−３４４２１２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近では、比較的柔らかくドリル本体１にそれほど切削抵抗がかからないプリント基板に対して小径の穴を加工するだけではなく、熱処理が施された焼入れ鋼などの高硬度材料に対しても、基準穴やワイヤーソーを通すためのスタート穴となる小径の穴を、小径ドリルを用いた穴明け加工で形成したいという要求が高まっている。
そこで、図３に示すようなバックテーパタイプの小径ドリルを用いて、このような焼入れ鋼などの高硬度材料に穴明け加工を施そうとしたならば、小径であるがゆえに切削油剤の供給が困難であることに加え、刃先部２における先端側部分の外周面と加工穴の内壁面との間のクリアランスが確保しづらくなっているために、摩擦抵抗が大きくなり、極めて少ない穴加工数で刃先部２の折損に至ってしまうのであった。
【０００６】
一方、図４に示すようなアンダーカットタイプの小径ドリルを用いて、焼入れ鋼などの高硬度材料に穴明け加工を施そうとするのであれば、刃先部２における先端側部分と加工穴の内壁面との間のクリアランスを必要十分に確保して、切削油剤の供給を改善することはできるものの、ドリル本体の剛性不足から、依然として少ない穴加工数で刃先部２の折損に至るのであった。
このような小径ドリルにおける刃先部２の折損の傾向は、穴明け加工を施す対象である被削材が高硬度材料であることや、形成した加工穴が収縮すること、ドリル本体１が超硬合金から構成されて靭性が低く脆いことなどによって助長されているのであり、焼入れ鋼のような高硬度材料に対しても、刃先部２の折損を生じさせることなく、安定した穴明け加工を継続していくことができるアンダーカットタイプの小径ドリルが熱望されていた。
【０００７】
また、上記のアンダーカットタイプの小径ドリルでは、その第一刃先部２Ａの外周面と第二刃先部２Ｂの外周面とを接続するつなぎ面３が、軸線Ｏに直交する方向に延在して軸線Ｏ方向の後端側を向いているため、刃先部２における第一刃先部２Ａが被削材を貫通するようにして穴明け加工を施す過程において、刃先部２を被削材から引き抜くときに、上記の軸線Ｏに直交する方向に延在するつなぎ面３が、加工穴の内壁面に干渉して引っかかり、とくに刃先部２の折損が生じやすくなるという問題もあった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、たとえ高硬度材料に対して小径の穴を加工する場合であっても、ドリル本体の剛性を大きく確保することによって、刃先部の折損が生じるのを抑制することができるアンダーカットタイプの小径ドリルを提供することを第１の目的とし、また、刃先部を被削材から引き抜くときに、第一刃先部の外周面と第二刃先部の外周面とを接続するつなぎ面の、加工穴の内壁面への引っかかりを生じにくくすることができるアンダーカットタイプの小径ドリルを提供することを第２の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、軸線回りに回転されるドリル本体の先端側部分である刃先部が、第一刃先部とこの第一刃先部の外径よりも一段小さい外径で前記第一刃先部の後端側に連なる第二刃先部とから構成され、前記刃先部の外周にその先端から後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成されるとともに、前記切屑排出溝のドリル回転方向前方側を向く壁面と前記刃先部の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されてなる小径ドリルにおいて、前記第二刃先部の外径が、前記軸線方向の後端側に向かうにしたがい拡径していくことを特徴とするものである。
このような構成とされた本発明では、従来のアンダーカットタイプの小径ドリルのように、第二刃先部の外径が略全長に亘って一定とされているのではなく、軸線方向の後端側に向かって拡径するように形成されていることから、刃先部における先端側部分の外周面と加工穴の内壁面との間のクリアランスを必要十分に確保しつつ、ドリル本体の剛性を高めることが可能となっている。
したがって、たとえ焼入れ鋼のような高硬度材料に対して穴明け加工を施すような場合であっても、刃先部の折損を生じにくくして、安定した穴明け加工を継続していくことができる。
【００１０】
また、本発明においては、前記第一刃先部の外周面と前記第二刃先部の外周面とを接続するつなぎ面が、前記軸線方向の後端側に向かうにしたがい前記軸線に近づくように傾斜していてもよい。
このような構成とされた本発明では、アンダーカットタイプの小径ドリルについて、その刃先部における第一刃先部の外周面と第二刃先部の外周面とを接続するつなぎ面が、従来のアンダーカットタイプの小径ドリルのように、ドリル本体の軸線に直交する方向に延在しているのではなく、軸線方向の後端側に向かうにしたがい軸線に近づくように傾斜することとなる。
これにより、穴明け加工において、刃先部を被削材から引き抜く際であっても、上記のつなぎ面による加工穴の内壁面への引っかかりが生じにくくなるので、この引っかかりに起因していた刃先部の折損を抑制することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の第１実施形態を説明する。
本第１実施形態による小径ドリルのドリル本体は、図１の概略側面図に示すように、軸線Ｏ回りに回転される軸線Ｏを中心とした略多段円柱状をなし、その後端側部分が工作機械の回転軸に把持される比較的大径のシャンク部１１とされているとともに、先端側部分が小径の刃先部１２とされている。
シャンク部１１において、刃先部１２との接続部分は、軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがい外径が漸次拡径していくようなテーパ面１１Ａとされており、このテーパ面１１Ａによって、比較的大径のシャンク部１１と小径の刃先部１２とが接続されている。
【００１２】
刃先部１２は、その先端部分をなす第一刃先部１３と、第一刃先部１３の外径Ｄ１よりも一段小さい外径Ｄ２で第一刃先部１３の後端側に段差を介して連なる第二刃先部１４とから構成されており、本第１実施形態による小径ドリルは、いわゆるアンダーカットタイプとなっている。
刃先部１２における第一刃先部１３は、軸線Ｏ方向での略全長に亘って一定の外径Ｄ１を有しており、この外径Ｄ１が、刃先部１２の最大外径をなしている。
【００１３】
これに対し、刃先部１２における第二刃先部１４は、軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがい一定の変化傾向で漸次拡径していくような外径を有しており、第二刃先部１４における軸線Ｏ方向の先端（第一刃先部１３に接続される部分）での外径がＤ２とされて、刃先部１２の最小外径をなし、かつ、第二刃先部１４における軸線Ｏ方向の後端（シャンク１１におけるテーパ面１１Ａに接続される部分）での外径がＤ３とされている。また、この外径Ｄ３は、第一刃先部１３の外径Ｄ１以下に設定される。
すなわち、刃先部１２の外径Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に関して、Ｄ１＞Ｄ２、Ｄ２＜Ｄ３、Ｄ１≧Ｄ３の関係（Ｄ２＜Ｄ３≦Ｄ１）が成り立っているのである。
【００１４】
ここで、第一刃先部１３の外径Ｄ１（刃先部１２の最大外径）は、Ｄ１≦３ｍｍの範囲に設定され、第二刃先部１４における軸線Ｏ方向の先端での外径Ｄ２（刃先部１２の最小外径）は、第一刃先部１３の外径Ｄ１との関係で、０．８Ｄ１≦Ｄ２≦０．９５Ｄ１の範囲に設定され、さらに、第二刃先部１４における軸線Ｏ方向の後端での外径Ｄ３は、第一刃先部１３の外径Ｄ１との関係で、０．８５Ｄ１≦Ｄ３≦Ｄ１の範囲に設定されている。
なお、第一刃先部１３の外径Ｄ１（刃先部１２の最大外径）については、現時点での技術的な限界を考慮すると、０．１ｍｍ≦Ｄ１の範囲に設定されることとなる。
【００１５】
また、図示は省略するが、刃先部１２の外周には、その先端から後端側に向けて延びる例えば複数の切屑排出溝が、この刃先部１２の略全長に亘って軸線Ｏを中心として螺旋状にねじれるように形成されているのであって、切屑排出溝におけるドリル回転方向前方側を向く壁面と刃先部１２の先端逃げ面との交差稜線部には切刃が形成されている。
【００１６】
このとき、刃先部１２における切屑排出溝が形成された部分の軸線Ｏ方向での長さ（本第１実施形態では、刃先部１２の略全長）、すなわち、穴明け加工に使用できる刃先部１２の有効刃長Ｌが、第一刃先部１３の外径Ｄ１との関係で、４Ｄ１≦Ｌ≦２０Ｄ１の範囲に設定されており、また、第一刃先部１３の軸線Ｏ方向での長さＬ１が、第一刃先部１３の外径Ｄ１との関係で、０．５Ｄ１≦Ｌ１≦３Ｄ１の範囲に設定されている。
【００１７】
以上のような小径ドリルは、そのドリル本体１０が軸線Ｏ回りに回転されつつ、軸線Ｏ方向にステップ送りが与えられることにより、刃先部１２の先端に形成された切刃によって、例えば熱処理が施された焼入れ鋼などの高硬度材料である被削材に対して穴明け加工を施していくのであり、この被削材には、刃先部１２の最大外径（Ｄ１）に対応した径を有する小径の加工穴が形成される。
【００１８】
本第１実施形態による小径ドリルは、第一刃先部１３の後端側に連なる第二刃先部１４の外径が、第一刃先部１３に接続される部分である先端の外径Ｄ２から、シャンク１１におけるテーパ面１１Ａに接続される部分である後端の外径Ｄ３まで、軸線Ｏ方向の後端側に向かって漸次拡径していくように形成されているため、従来のアンダーカットタイプの小径ドリルのような、第二刃先部の外径が軸線Ｏ方向に沿って一定とされたものに比べ、ドリル本体１０の剛性を高い状態に維持することが可能なアンダーカットタイプとなっている。
【００１９】
したがって、たとえ焼入れ鋼などの高硬度材料に対して、穴明け加工を施す際であっても、刃先部１２における先端側部分の外周面と加工穴の内壁面との間のクリアランスを必要十分に確保して、切削油剤の供給を良くすることができるのに加え、ドリル本体１０の剛性を高く維持できることによって、刃先部１２の折損を生じにくくすることができ、安定した穴明け加工を長期間に亘って継続していくことができるのである。
【００２０】
また、このように、ドリル本体１０の剛性を高い状態に維持して刃先部１２の折損を防止するという効果は、本第１実施形態のように、第一刃先部１３の外径Ｄ１が３ｍｍ以下（とくに、外径Ｄ１が２ｍｍ以下）に設定されていて、従来のアンダーカットタイプの小径ドリルでは、ドリル本体１０の剛性を非常に確保しづらいような場合に顕著なものとなる
一方、刃先部１２における第二刃先部１４の先端及び後端での外径Ｄ２，Ｄ３については、第一刃先部１３の外径Ｄ１や被削材の種類などに基づいて、上述したような範囲内で適宜設定されるものであるが、より好ましくは、０．８５Ｄ１≦Ｄ２≦０．９５Ｄ１、０．９Ｄ１≦Ｄ３≦Ｄ１の範囲に設定されるのがよい。
【００２１】
なお、本第１実施形態においては、第二刃先部１４の外径を、軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがい一定の変化傾向で漸次拡径させるようにしているが、これに限定されることはなく、第二刃先部１４の外径が、軸線Ｏ方向の後端側へ向かうにしたがい拡径してさえいれば、その変化傾向は一定でなくても構わない。
【００２２】
次に、本発明の第２実施形態を説明するが、上述した第１実施形態と同様の部分には、同一の符合を用いてその説明を省略する。
本第２実施形態による小径ドリルは、図２の概略側面図に示すように、上述の第１実施形態と同様の構成をなすものであるが、その相違点は、第一刃先部１３の外周面と第二刃先部１４の外周面とを接続しているつなぎ面１５が、軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがい軸線Ｏに近づくように傾斜したテーパ面状に形成されている点にある。つまり、このつなぎ面１５の外径が、軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがい一定の変化傾向で漸次縮径していくようになっているのである。
【００２３】
また、軸線Ｏを含む断面で見たときに、このつなぎ面１５における第一刃先部１３の外周面と交差する部分での接線Ｐと軸線Ｏとがなす狭角θは、１０゜〜６０゜の範囲に設定されている（図２は、軸線Ｏを含む断面で見たときの図ではないが、上記の狭角θを示すのに支障はない。また、軸線Ｏと平行な直線を２点鎖線で示してある。）。
とくに、本第２実施形態においては、軸線Ｏを含む断面で見たときに、つなぎ面１５が、軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがい軸線Ｏに近づくように傾斜した略直線状に形成されているため、上記の狭角θは、断面略直線状をなすつなぎ面１５と軸線Ｏとがなす狭角に一致する。
【００２４】
本第２実施形態による小径ドリルによれば、上述した第１実施形態と同様の効果を得ることができるのに加えて、第一刃先部１３の外周面と第二刃先部１４の外周面とを接続するつなぎ面１５が、軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがい軸線Ｏに近づくように傾斜したテーパ面として形成されていることから、穴明け加工の過程で、被削材から刃先部１２を引き抜くときであっても、このつなぎ面１５が加工穴の内壁面へ引っかかるのを防止することができる。
それゆえ、この引っかかりに起因して生じていた刃先部１２の折損を抑制することが可能となり、上述した第１実施形態において説明したようなドリル本体１０の剛性を高く維持することができるという効果とも相俟って、より安定した穴明け加工の継続が可能になる。
【００２５】
また、軸線Ｏを含む断面で見たとき、つなぎ面１５における第一刃先部１３の外周面と交差する部分での接線Ｐと軸線Ｏとのなす狭角θ（つなぎ面１５と軸線Ｏとのなす狭角θ）が小さすぎると、刃先部１２を第一刃先部１３と第二刃先部１４とからなるアンダーカットタイプにする効果が薄れてしまうおそれが生じ、一方、狭角θが大きすぎても、つなぎ面１５の引っかかりを防止することができなくなってしまうおそれが生じてしまう。
そのため、本第２実施形態では、上記の狭角θを、１０゜〜６０゜の範囲（好ましくは、２０゜〜５０゜の範囲）に設定したことによって、より安定した穴明け加工の継続を長期間に亘って可能にしているのである。
【００２６】
なお、本第２実施形態においては、つなぎ面１５をテーパ面として、軸線Ｏに直交する断面で見たときに略直線状をなすようにしているが、これに限定されることなく、軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがい軸線Ｏに近づくように傾斜しているのであれば、このつなぎ面１５を断面略凹曲線状の凹曲面や断面略凸曲線状の凸曲面としても構わない。
【００２７】
【実施例】
本発明の一例による小径ドリルを実施例１（図１に基づく小径ドリル）及び実施例２（図２に基づく小径ドリル）とし、従来の小径ドリルを従来例１（図３に基づく小径ドリル）及び従来例２（図４に基づく小径ドリル）として、穴明け加工試験を行い、刃先部が折損するまでに加工できた穴の数を計測した。その結果を図５に示す。
また、切削条件は以下の通りである。
・刃先部の最大外径（Ｄ１）：０．７ｍｍ
・切削速度：３５ｍ／ｍｉｎ
・送り：０．００８ｍｍ／ｒｅｖ．
・穴深さ：３ｍｍ
・ステップ送り：０．０７ｍｍ
・被削材：ＳＫＤ１１（ＨＲＣ６０）
・切削油：エマルション
【００２８】
図５に示されるように、バックテーパタイプである従来例１では、摩擦抵抗の増大により、穴加工数が８４個、２１２個と極めて少ない段階で刃先部が折損し、また、従来のアンダーカットタイプである従来例２でも、穴加工数が１３１６個、１１６２個と少ない段階で刃先部が折損してしまった。
これらに対して、本発明の一例である実施例１では、穴加工数が２０９９個、２１６１個となって、刃先部の折損を生じさせることなく安定した穴明け加工を継続することができ、とくに、実施例２では、穴加工数が２３２０個、２５１２個となって、非常に安定した穴明け加工を継続できたことが分かる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、アンダーカットタイプの小径ドリルにおいて、その刃先部における第二刃先部の外径を、軸線方向の後端側に向かって大きくなるように形成したことから、刃先部における先端側部分の外周面と加工穴の内壁面との間のクリアランスを必要十分に確保しつつも、ドリル本体の剛性を高めることが可能となるので、たとえ焼入れ鋼のような高硬度材料に対して穴明け加工を施すような場合でも、刃先部の折損を生じにくくして、安定した穴明け加工を継続していくことができる。
【００３０】
また、本発明によれば、アンダーカットタイプの小径ドリルにおいて、その刃先部における第一刃先部の外周面と第二刃先部の外周面とを接続するつなぎ面を、軸線方向の後端側に向かうにしたがい軸線に近づくように傾斜させたことから、刃先部を被削材から引き抜く際に、上記のつなぎ面による加工穴の内壁面への引っかかりを抑制して、これに起因した刃先部の折損を生じにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態による小径ドリルを示す概略側面図である。
【図２】 本発明の第２実施形態による小径ドリルを示す概略側面図である。
【図３】 従来の小径ドリルの一例を示す概略側面図である。
【図４】 従来の小径ドリルの他の一例を示す概略側面図である。
【図５】 穴明け加工試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ ドリル本体
１１ シャンク部
１１Ａ テーパ面
１２ 刃先部
１３ 第一刃先部
１４ 第二刃先部
１５ つなぎ面
Ｄ１ 第一刃先部の外径（刃先部の最大外径）
Ｄ２ 第二刃先部の先端の外径（刃先部の最小外径）
Ｄ３ 第二刃先部の後端の外径
Ｌ 有効刃長
Ｌ１ 第一刃先部の軸線方向での長さ
Ｏ 軸線
Ｐ 接線
θ 狭角

Claims (2)

1. 軸線回りに回転されるドリル本体の先端側部分である刃先部が、第一刃先部とこの第一刃先部の外径よりも一段小さい外径で前記第一刃先部の後端側に連なる第二刃先部とから構成され、前記刃先部の外周にその先端から後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成されるとともに、前記切屑排出溝のドリル回転方向前方側を向く壁面と前記刃先部の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されてなる小径ドリルにおいて、
   前記第二刃先部の外径が、前記軸線方向の後端側に向かうにしたがい拡径していくことを特徴とする小径ドリル。
2. 請求項１に記載の小径ドリルにおいて、
   前記第一刃先部の外周面と前記第二刃先部の外周面とを接続するつなぎ面が、前記軸線方向の後端側に向かうにしたがい前記軸線に近づくように傾斜していることを特徴とする小径ドリル。

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