JP4048709B2

JP4048709B2 - ドリル

Info

Publication number: JP4048709B2
Application number: JP2000341719A
Authority: JP
Inventors: 二郎小谷; 和弘金子
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2000-11-09
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2020-11-09
Also published as: JP2002144122A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被削材を穿孔するのに用いられるドリルに関し、例えば、プリント基板や、微少な金属部品、プラスティック等の被削材に小径深穴の孔部を穿孔するのに用いられる小型のドリルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被削材の穿孔に用いられるドリルの一例として、図３（ａ）に示すように、回転軸線Ｏ周りに回転されるドリル１の刃先部２の周面に、刃先部２の先端から基端側に向けて回転軸線Ｏ周りにねじれる２条の切屑排出溝３，４が形成されたものがある。
これら２条の切屑排出溝３，４は、そのねじれ角α１，α２が同一、かつ刃先部２の先端から基端まで一定となっており、互いに回転軸線Ｏを中心とした略対称に位置するように形成されている。さらに、この２条の切屑排出溝３，４は、刃先部２の長手方向においてほぼ同じ位置で切れ上がっており、各切れ上がり部３Ａ，４Ａ（切屑排出溝３，４において、最も刃先部２の基端側に位置する部分）は、刃先部２の回転軸線Ｏ方向の先端側から見て、回転軸線Ｏを中心として略対称に位置している、すなわち、図３（ｂ）の説明図で示すように、各切れ上がり部３Ａ，４Ａと回転軸線Ｏとを結ぶ線がなす狭角θが約１８０゜とされる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなドリルを用いて被削材を穿孔すると、各切れ上がり部３Ａ，４Ａが回転軸線Ｏを中心として互いに略対称に位置するような状態となっていることから、各切屑排出溝３，４によって誘導された切り屑が互いに約１８０°異なる方向、すなわち互いに反対方向に排出されることになる。このように切り屑が約１８０°異なる方向に排出されると、刃先部２の切刃で延びるようにして生成された切り屑同士が互いに絡みあいやすくなって、ドリル１の刃先部２やシャンク部あるいはチャック部に巻き付き、この絡み合った切り屑によって被削材の表面が損傷したり、ドリルの折損などの原因となるおそれがあった。
【０００４】
とくに穴径が１ｍｍ以下、かつ穴深さと穴径との比が５以上となるような小径深穴加工に用いられる小型のドリル１では、その回転数を高く、例えば１０万回転以上に設定するために、切屑排出溝３，４から排出される切り屑がより絡みやすくなって、上記のような問題が顕著になる。
【０００５】
さらに、被削材としてプリント基板を穿孔する場合には、上記のような小径深穴加工用でドリル１の回転数が高いことに加え、なおかつプリント基板の上面に貼り付けられたあて板の浮き上がりを防止するために、プレッシャフットであて板を押さえつけながら穿孔することになる。このため、切屑排出溝３，４によって誘導された切り屑がプレッシャフットによってドリル１の径方向外側への飛散が妨げられて、プレッシャフットの内部で絡み合いやすくなり、上記のような問題が特に顕著になってしまう。
【０００６】
本発明は、上述のような課題に鑑みて、排出される切り屑を絡みにくくすることができるドリル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】
本発明によるドリルは、刃先部の周面に該刃先部の先端から基端側に向けて回転軸線周りにねじれる複数の切屑排出溝が形成されているドリルにおいて、前記刃先部を前記回転軸線方向の先端側から見たときに、前記切屑排出溝の切れ上がり部と前記回転軸線とをそれぞれ結ぶ線がなす狭角のうちで最大のものが９０°以下とされていることを特徴とする。
【０００８】
このような構成とすると、複数の切屑排出溝の切れ上がり部が、刃先部の周方向においてほぼ同じ位置に揃うことになり、複数の切屑排出溝によって誘導された切り屑の排出される方向をほぼ同一の方向に揃えることができる。これにより、切り屑同士は干渉しあうものの、ほぼ同一の方向に排出されることで、切り屑同士を絡み合いにくくすることができる。
【０００９】
また、上記狭角のうちで最大のものが９０゜より大きいと、切り屑の排出される方向をほぼ同一の方向に揃えることができず、切り屑が絡みやすくなる。
また、上記狭角のうちで最大のものは、好ましくは６０゜以内とされ、より好ましくは３０゜以内とされるのがよい。このような範囲に限定すると、切り屑が排出される方向をより揃えることができる。
【００１０】
また、本発明は、穿孔する穴の穴径が１ｍｍ以下、かつ穴深さと穴径との比が５以上である小径深穴加工に用いられるような小型のドリルである場合のように、ドリルの回転数が高く、切り屑同士が絡み合いやすい場合に効果的である。
【００１１】
さらに、プリント基板に小径深穴の孔部を穿孔するような場合のように、ドリルの回転数が高く、プレッシャフットによって切り屑がドリルの径方向外側に飛散するのが阻害されているような場合にとくに効果的である。
【００１２】
また、本発明によるドリルは、複数の切屑排出溝がそれぞれ互いに異なるねじれ角をもつとともに、刃先部の基端側で切屑排出溝同士が重なり合うように一致して、それぞれの切れ上がり部も一致するように構成されていてもよい。
このような構成とすると、刃先部の基端側に向かうにしたがい、切屑排出溝同士が一致するように近づきあうので、刃先部の芯厚を基端側に向かうにしたがい大きく確保することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の一例としての小型ドリルを添付した図面を用いて説明する。
図１（ａ）は本発明の第一実施形態による小型ドリルの側面図、（ｂ）は（ａ）に示す小型ドリルの刃先部を軸直交断面で見たときに切屑排出溝の切れ上がり部の位置関係を示す説明図である。
【００１４】
本発明の第一実施形態による小型ドリル１０は刃先部１１とシャンク部とから構成され、刃先部１１は図１に示すように、例えば直径０．０５〜１ｍｍの小径で略円柱状とされており、その先端から基端まで同一の外径Ｄをもつようなストレートタイプとされている。
【００１５】
刃先部１１は、その先端から基端側に向けて回転軸線Ｏを中心に刃先部１１の外周面に開口し、所定の溝深さをもつ２条の切屑排出溝１２，１３が螺旋状に形成されており、全長に亘り一定の芯厚をもつ。
各切屑排出溝１２，１３は、それぞれのねじれ角β１，β２が同一とされ、かつ刃先部１１の先端から基端まで一定とされているものであり、これにより２条の切屑排出溝１２，１３が回転軸線Ｏを中心として互いに略対称に位置している。
【００１６】
また、２条の切屑排出溝１２，１３のうち、一方の切屑排出溝１３は他方の切屑排出溝１２よりも、刃先部１１の周面で約半周分長く回り込むように形成されている。すなわち、２条の切屑排出溝１２，１３のそれぞれの切れ上がり部１２Ａ，１３Ａ（切屑排出溝１２，１３において、最も刃先部１１の基端側に位置する部分）について、刃先部１１の回転軸線Ｏ方向の先端側から見て、図１（ｂ）に示すように、各切れ上がり部１２Ａ，１３Ａと回転軸線Ｏとを結ぶ線がなす狭角θが９０゜以下、例えば１０゜になるように設定されている。言い換えると、２条の切屑排出溝１２，１３の切れ上がり部１２Ａ，１３Ａの位相のずれが９０゜以下、例えば１０゜になるように設定されている。
【００１７】
切屑排出溝１２，１３の小型ドリル１０の回転方向Ｔを向く壁面の先端側領域をすくい面１４，１４とし、該すくい面１４，１４と刃先部１１の先端逃げ面１５との交差稜線部には切刃１６，１６が形成されている。
【００１８】
また、ここで、刃先部１１は、その外径Ｄが１ｍｍ以下、なおかつ、刃先部１１の有効刃長Ｌ（刃先部１１の他方の切屑排出溝１２の切れ上がり部１２Ａまでの長さ）と外径Ｄとの比Ｌ／Ｄは５以上となるように形成されており、この小型ドリル１０は穴径が１ｍｍ以下、かつ穴深さと穴径との比が５以上となるような小径深穴加工に用いられる。
【００１９】
上記のような構成とされた本第一実施形態では、例えば１０万回転程度の高い回転数で回転させられながら、被削材の穿孔が行われるが、２条の切屑排出溝１２，１３の各切れ上がり部１２Ａ，１３Ａが刃先部１１の周方向でほぼ同じ位置となるように形成されているために、切屑排出溝１２，１３によって誘導された切り屑がともに、ほぼ同一方向に排出されることになる。
このことにより、切屑排出溝１２，１３から排出される切り屑同士は互いに接触して、干渉はするものの、絡み合うことを防止できる。それゆえ、従来のように絡み合った切り屑が、刃先部１１やシャンク部、チャック部に巻き付くことが少なくなり、被削材の表面の損傷やドリルの折損を防止できる。
【００２０】
とくにプリント基板に小径深穴の孔部を穿孔する場合のように、プレッシャフットによって小型ドリル１０の周囲が囲われて、ドリルの径方向外側への切り屑の逃げ場がないときに、効果的である。
また、狭角θは０゜に近づくほど好ましく、一方、９０゜より大きくなると、切り屑の排出される方向をほぼ同一に揃えることができず、上記のような効果が得られなくなる。
さらに、この狭角θは６０゜以下とされるのが好ましく、より好ましくは３０゜以下とされるのがよい。
【００２１】
次に、本発明の第二実施形態による小型ドリルについて説明する。図２（ａ）は本第二実施形態による小型ドリルの側面図、（ｂ）は（ａ）に示す小型ドリルの刃先部を軸直交断面で見たときに切屑排出溝の切れ上がり部の位置関係を示す説明図である。なお、本第二実施形態による小型ドリルは第一実施形態とほぼ同様の構成とされ、第一実施形態と同様の部分については同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００２２】
本発明の第二実施形態による小型ドリル２０は、図２（ａ）に示すように、その刃先部２１の先端から基端側に向けて回転軸線Ｏを中心に刃先部１１の外周面に開口する２条の切屑排出溝２２，２３が螺旋状に形成されている。
２条の切屑排出溝２２，２３は、それぞれ異なる一定のねじれ角γ１，γ２で形成されており、一方の切屑排出溝２２のねじれ角γ１が、他方の切屑排出溝２３のねじれ角γ２よりも大きくなっている。
【００２３】
これにより、刃先部２１の先端側では、２条の切屑排出溝２２，２３は回転軸線Ｏを中心として、互いに略対称な位置に形成されているが、刃先部２１の基端側に向かうにしたがい、一方の切屑排出溝２２と他方の切屑排出溝２３とが互いに近づいて、それぞれの切れ上がり部２２Ａ，２３Ａでは、切屑排出溝２２，２３同士が重なり合って一致している。
【００２４】
すなわち、刃先部２１の先端側では、図２（ａ）における位置Ａの断面図で示すように、切屑排出溝２２，２３が回転軸線Ｏに対して互いに対称に位置しており、刃先部２１の長手方向の略中心部では、位置Ｂの断面図で示すように、切屑排出溝２２，２３が刃先部２１の周方向で互いに少し近づいた状態となり、刃先部２１の長手方向の略中心部から基端よりの部分では、位置Ｃの断面図で示すように、切屑排出溝２２，２３が刃先部２１の周方向でさらに互いに近づいて切屑排出溝２２，２３同士が連通した状態となり、刃先部２１の基端側では、位置Ｄの断面図で示すように、切屑排出溝２２，２３が重なりあって一致し、その各切れ上がり部２２Ａ，２３Ａは同一とされている。
【００２５】
このとき、本第二実施形態において、刃先部２１の回転軸線Ｏ方向の先端側から見て、図２（ｂ）に示すように、各切屑排出溝２２，２３の切れ上がり部２２Ａ，２３Ａと回転軸線Ｏとを結ぶ線がなす狭角θは０゜となる。
【００２６】
また、刃先部２１の先端部では、２条の切屑排出溝２２，２３によって芯厚が薄くなっているが、刃先部２１の基端側に向かうにしたがい２条の切屑排出溝２２，２３が互いに刃先部２１の周方向で近づくことにより、その芯厚部分が刃先部２１の基端側に向かうにしたがい大きく確保されている。
【００２７】
上記のような構成とされた本第二実施形態による小型ドリル２０によれば、第一実施形態による小型ドリル１０と同様に、切屑排出溝２２，２３から排出される切り屑の方向を同じ方向に揃えて、切り屑を絡みにくくすることができ、さらに、刃先部２１の基端側に向かうにしたがい、その芯厚を大きくとることができて、ドリルの剛性を高く保つことができる。
これにより、絡み合った切り屑が小型ドリル２０の刃先部２１やシャンク部、チャック部に巻き付くことで、被削材の表面に損傷を与えたり、刃先部２１が折損したりするのを防止でき、さらに刃先部２１の剛性を高く保つことができて、ドリルの直進性が得られ、穴加工精度が安定する。
【００２８】
なお、本第一実施形態では、２条の切屑排出溝１２，１３の溝深さが一定とされているが、刃先部１１の基端側に向かうにしたがい浅くなるようにして、刃先部１１の剛性を高めるようにしてもよい。言い換えると、本第一実施形態では、その刃先部１１の芯厚が先端から基端側にかけて一定とされているが、基端側に向かうにしたがい徐々に芯厚を大きくしてもよい。
【００２９】
また、本実施形態においては、回転軸線Ｏ周りにねじれる切屑排出溝１２，１３，２２，２３のねじれ角β１，β２，γ１，γ２を刃先部１１，１２の先端から基端まで一定としたが、そのねじれ角β１，β２，γ１，γ２を先端から基端側に向かうにしたがい連続的に変化させてもよい。
【００３０】
また、本実施形態においては、刃先部１１，２１の周面に２条の切屑排出溝１２，１３，２２，２３が形成されたものであるが、これに限定されることなく、３条以上形成されていてもよい。
【００３１】
また、本実施形態においては、切屑排出溝１２，１３，２２，２３がその全長に亘って螺旋状にねじれて形成されたものであるが、これに限定されることなく、刃先部１１，２１の先端側ではねじれずに刃先部１１，２１の長手方向に沿って直線状に形成され、基端側のみでねじれて螺旋状に形成されることにより、切れ上がり部１２Ａ，１３Ａ，２２Ａ，２３Ａと回転軸線Ｏとを結ぶ線がなす狭角が９０゜以下とされるようにしてもよい。
【００３２】
また、本実施形態においては、外径Ｄが１ｍｍ以下、有効刃長Ｌと外径Ｄとの比Ｌ／Ｄが５以上とされ、小径深穴加工用の小型ドリルとして説明されているが、この範囲に限定されることなく、刃先部の外径Ｄが１ｍｍより大きい、あるいは有効刃長Ｌと外径Ｄとの比Ｌ／Ｄが５より小さいドリルであってもよい。
【００３３】
また、本実施形態においては、刃先部１１，２１の外径Ｄがその先端から基端まで一定とされたストレートタイプのドリルについて説明したが、これに限定されることなく、刃先部１１，２１の外径が先端から基端側に向かうにしたがい、徐々に小さくなるようなバックテーパを有するドリルでもよい。
【００３４】
また、さらに、本実施形態においては、刃先部１１，２１はその先端から基端まで一定の外径Ｄをもつドリルについて説明したが、刃先部１１，２１が、その先端部分に位置する第一刃先部と、第一刃先部の後端側に位置し、第一刃先部の外径Ｄより小さい外径をもつ第二刃先部とから構成されるようなアンダーカットタイプのドリルでもよい。
【００３５】
【実施例】
各種の構成を有する小型ドリル（実施例１〜４、比較例１，２、従来例）を用いて穴明け試験を行い、得られた結果から切り屑の絡み付き防止性能を比較した。その結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】
実施例１〜４、比較例１，２及び従来例は共通して、刃先部に２条の切屑排出溝が形成され、刃先部の外径Ｄが先端から基端まで一定の０．３ｍｍであるストレートタイプで、有効刃長Ｌが約５ｍｍ、先端角１３５゜の小型ドリルを用いた。
【００３８】
実施例１〜３は２条の切屑排出溝１２，１３の各ねじれ角β１，β２が同一の３５゜であり、回転軸線Ｏ方向の先端側から見て、切屑排出溝１２，１３の各切れ上がり部１２Ａ，１３Ａと回転軸線Ｏとを結ぶ線がなす狭角θが９０゜以内に設定されたものであり、実施例４は２条の切屑排出溝２２，２３の各ねじれ角γ１，γ２が３５゜，３１゜とそれぞれ異なっており、刃先部２１の基端側で２条の切屑排出溝２２，２３が重なり合うように一致して、各切れ上がり部２２Ａ，２３Ａも一致している（刃先部２１の先端から約４．７ｍｍの位置で切屑排出溝２２，２３が完全に一致）、すなわち、回転軸線Ｏ方向の先端側から見て、各切れ上がり部２２Ａ，２３Ａと回転軸線Ｏとを結ぶ線がなす狭角θが０゜とされたものである。
【００３９】
また、比較例１，２は２条の切屑排出溝１２，１３の各ねじれ角β１，β２が同一の３５゜であり、回転軸線Ｏ方向の先端側から見て、各切れ上がり部１２Ａ，１３Ａと回転軸線Ｏとを結ぶ線がなす狭角θが９０゜より大きく設定されたものである。
また、従来例は２条の切り屑排出溝３，４の各ねじれ角α１，α２が同じく３５゜と同一であり、切屑排出溝３，４の各切れ上がり部３Ａ，４Ａが回転軸線Ｏを中心として対称に位置している、すなわち、回転軸線Ｏ方向の先端側から見て、各切れ上がり部３Ａ，４Ａと回転軸線Ｏとを結ぶ線がなす狭角θが１８０゜とされたものである。
【００４０】
なお、実施例１〜４、比較例１，２及び従来例では、２条の切屑排出溝の各ねじれ角は、刃先部の先端から基端まで一定とされ、２条の切屑排出溝の溝深さ及び溝幅もほぼ一定とされいる。ただし、実施例４では、刃先部２１の基端側で、２条の切屑排出溝２２，２３が重なり合うように一致するために、溝幅が多少広くなっている部分が存在する。
【００４１】
上記のような、各種の構成を有する小型ドリル（実施例１〜４、比較例１，２及び従来例）を１０本ずつ用い、被削材（厚み０．２ｍｍのＢＴレジンの両面板を１２枚重ねたもの）にあて板（厚み０．２ｍｍのＬＥ４００）と敷板（厚み１．６ｍｍのベークライト樹脂板）をつけ、プレッシャフットによってあて板を押さえつけながら穴明け加工を行って、それぞれ２０００穴加工後に切り屑の絡み付きが発生していた小型ドリルの本数を測定した。
また、そのときの加工条件は、ドリルの回転数が１２００００ｍｉｎ^-1（ｒｐｍ）、送り速度が０．０２０ｍｍ／rev.であり、ステップ送りはしなかった。
ここで、表１に示す絡み付き発生頻度とは、各種構成の小型ドリルを１０本ずつ用いて、それぞれ２０００穴加工後に、１０本の小型ドリルのうちで切り屑の絡み付きが発生していた小型ドリルの本数を示す。
【００４２】
表１に示すように、狭角θが９０゜以下に設定されている実施例１〜４では絡み付きが発生した本数が１本以下と、絡み付きを防止する効果が高かった。とくに狭角θが６０゜以下に設定されている実施例１，２，４は絡み付きが発生した本数が０本と、切り屑の絡み付きを防止する性能がより高く、顕著な効果がみられた。
【００４３】
また、狭角θが１１０゜、１５０゜と本発明の範囲よりも大きい比較例１，２は、切り屑が排出される方向を揃えることができず、切り屑の絡み付きが発生した本数が５本以上となり、切り屑の絡み付きを防止する効果は得られなかった。
【００４４】
さらに、狭角θが１８０゜とされている従来例では、切り屑が排出される方向を全く揃えることができないので、１０本中１０本に切り屑の絡み付きが発生しており、切り屑の絡み付き防止性能がとくに悪いことがわかる。
【００４５】
以上のように、狭角θが９０゜以下に設定されている実施例１〜４は、本発明の範囲よりも狭角θが大きい比較例１，２及び従来例１と比較して、切り屑の絡み付きが発生せずに、絡み付き防止性能が高かった。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の小型ドリルによれば、複数の切屑排出溝の切れ上がり部が、刃先部の周方向でほぼ同じ位置に配されていることにより、切り屑の排出される方向をほぼ同じ一つの方向に設定できることにより、排出される切り屑が互いに干渉しあうものの、絡みにくくすることができるので、従来のように、切り屑がドリルの刃先部やシャンク部に巻き付き、これに起因して刃先部の折損が生じたり、被削材にダメージを与えたりすることを防止できる。
【００４７】
また、穴径が１ｍｍ以下、かつ穴深さと穴径との比が５以上とされ、ドリルの回転数が高い小型のドリルにおいては、その効果を顕著に発揮できる。
さらに、被削材としてプリント基板を穿孔する場合のように、プレッシャフットを用いて排出される切り屑が絡みやすい状況であるときには、その効果をより顕著に発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第一実施形態による小型ドリルを示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す小型ドリルの刃先部を軸直交断面で見たときに切屑排出溝の切れ上がり部の位置関係を示す説明図である。
【図２】（ａ）は本発明の第二実施形態による小型ドリルを示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す小型ドリルの刃先部を軸直交断面で見たときに切屑排出溝の切れ上がり部の位置関係を示す説明図である。
【図３】（ａ）は従来のドリルを示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すドリルの刃先部を軸直交断面で見たときに切屑排出溝の切れ上がり部の位置関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０小型ドリル
１１刃先部
１２，１３，２２，２３切屑排出溝
１２Ａ，１３Ａ，２２Ａ，２３Ａ切れ上がり部
１４すくい面
１５先端逃げ面
１６切刃
α１，α２，β１，β２ねじれ角
θ 狭角
Ｄ外径
Ｌ有効刃長

Claims

刃先部の周面に該刃先部の先端から基端側に向けて回転軸線周りにねじれる複数の切屑排出溝が形成されているドリルにおいて、
前記刃先部を前記回転軸線方向の先端側から見たときに、前記切屑排出溝の切れ上がり部と前記回転軸線とをそれぞれ結ぶ線がなす狭角のうちで最大のものが９０°以下とされていることを特徴とするドリル。
請求項１に記載のドリルにおいて、
前記切屑排出溝はそれぞれ互いに異なるねじれ角をもつとともに、それぞれの切れ上がり部が一致していることを特徴とするドリル。