JP4193360B2 - ドリル - Google Patents
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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、プラスチ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ドリルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に小型ドリルは、穿孔すべき穴がきわめて小径であり、ドリル本体の先端側に例えば直径０．０５〜３．１７５ｍｍ程度の小径棒状の刃先部が設けられ、後端側にドリル本体を工作機械の回転軸に把持するための比較的大径のシャンク部が刃先部と一体にまたはろう付けや締まり嵌め等で接続されて設けられている。刃先部の材質は、通常、超硬合金が採用され、シャンク部は超硬合金やスチール等の鋼材等が採用されている。
【０００３】
従来の小型ドリルでは、回転軸線周りに回転される小型ドリルの刃先部の周面に、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２条の切屑排出溝が対向して形成されている。
このような２条の切屑排出溝が設けられた従来の小型ドリルでは、２条の切屑排出溝によって芯厚が薄くなりドリルの剛性が低くなるので、とくに穴径が１ｍｍ以下、かつ穴深さと穴径との比が５以上のような小径深穴加工の場合、穴曲がりによる穴位置精度低下、刃先部の折損が発生してしまう。
【０００４】
上記のような問題を解決するために、ＵＳＰ５５８４６１７に開示されているような小型ドリルがある。図９はこのような小型ドリルの刃先部を示す側面図であり、図１０は同小型ドリルの刃先部の断面図である。この小型ドリル１は、刃先部２とシャンク部とを備え、刃先部２は、図９に示すように、その先端から基端側に向けて回転軸線Ｏ周りにねじれる１条の切屑排出溝３が設けられており、なおかつ切屑排出溝３のねじれ角γを刃先部２の先端から基端側に向かうにしたがい連続的に大きくさせて、切り屑の排出処理を向上させる点に特徴がある。
【０００５】
また、刃先部２の断面において、図１０に示すように、刃先部２の切屑排出溝３を除く外周面はマージン４によって構成されており、被削材の穿孔の際には、このマージン４が加工穴の内壁面と接触してドリルの直進性を得ることになる。このような構成とされた従来の小型ドリル１では、切屑排出溝３が１条のみであるため、刃先部２の芯厚ｄを薄くすることがなく、剛性を高く保つことができ、穴位置精度を向上させることが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被削材の穿孔の際に発生する切り屑が、切屑排出溝３によって刃先部２の基端側にうまく運ばれずにマージン４とマージン４が接触している加工穴の内壁面との間に入り込んでしまうことがあり、この切り屑がそのまま加工穴の内壁面に付着したり、あるいは、切り屑が内壁を擦ってしまうことにより、加工穴の内壁面粗さを低下させるといった問題がしばしば起こっている。
このような現象は、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以上となるような小径深穴加工の場合により発生しやすく、大きな問題となっていた。
【０００７】
とくに被削材としてプリント基板を穿孔する場合などでは、加工穴の内壁面にスミアと呼ばれる付着物が発生し、穿孔後の加工穴にスミアが残っているとその後のメッキ処理工程などで問題となるため、スミアを機械的に除去する工程が必要となってくる。これにより、スミアが加工穴の内壁面粗さを低下させるだけでなく、製品の歩留まり低下の大きな原因となっていた。
【０００８】
さらに、上述した１条の切屑排出溝３を備えた小型ドリル１では、ドリル剛性が高いために、穿孔の際の小型ドリル１の送り速度を高めて高能率の加工を行うことが可能になるが、送り速度を高める弊害として、加工穴にバリが発生したり、内壁面粗さが低下するといった問題があり、高能率及び高精度の加工の両方を同時に達成することは難しかった。
【０００９】
また、昨今では、高能率加工を達成するための手段として、穴明け加工が終了した後の小型ドリル１の引き抜き速度を高めて、穴明け加工速度を高めることが行われるが、小型ドリル１の引き抜き（図９に示す白抜き矢印方向が小型ドリル１の引き抜き方向である。）の際には、図９及び図１０に示すように、切屑排出溝３とマージン４とが交差する２本の稜線のうち、切屑排出溝３のドリル回転方向Ｔ前方側を向く壁面に連なる稜線３Ａが、小型ドリル１の回転軸線Ｏ周りの回転により回転方向Ｔと逆向きに発生する応力Ｐ１と、小型ドリル１の引き抜きに対して引き抜き方向と逆向きに発生する応力Ｐ２との合成応力Ｐを受けることになる。このため、小型ドリル１の引き抜き速度を高めると、切屑排出溝３とマージン４との交差稜線３Ａにかかる合成応力Ｐが大きくなってしまい、刃先部２が折損するという問題がしばしば発生している。とくに、このような傾向はねじれ角γが大きい小型ドリル１に顕著に現れる。
【００１０】
本発明は、上述のような課題に鑑みて、加工穴の内壁面粗さを向上でき、穴位置精度が高く、さらに、ドリル引き抜き時の刃先部の折損を防止できるドリルを提供することを目的とする。
【００１１】
【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、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切屑排出溝が形成され、該切屑排出溝の回転方向を向く壁面の先端側領域をすくい面とし、該すくい面と先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたドリルにおいて、前記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切屑排出溝と逆向きにねじれる仕上げ刃付き溝が形成され、前記仕上げ刃付き溝は、前記切屑排出溝が前記刃先部の周面を１回転周回する長さより長く形成されている、または前記切屑排出溝が前記刃先部の周面を１回転半周回する長さとなる位置まで形成されていることを特徴とする。
このような構成とすると、加工穴の内壁面を擦るマージンが形成されている部分に仕上げ刃付き溝が形成されることになるため、マージンと加工穴の内壁面との間に入り込んだ切り屑を仕上げ刃付き溝によって除去して排出するとともに、その加工穴の内壁面を仕上げ刃により再度切削して仕上げ加工することができ、穴内壁面精度を向上させることができる。
さらに、仕上げ刃付き溝が切屑排出溝と逆向きにねじれて形成されているため、穴明け加工後のドリル引き抜き時において、仕上げ刃付き溝とマージンとの交差稜線の受ける応力が、切屑排出溝とマージンとの交差稜線が受ける応力を緩和させるように働き、引き抜き速度を高めたときに発生する刃先部の折損事故を防止することができる。
また、仕上げ刃付き溝を、切屑排出溝が刃先部の周面を１回転周回する長さより長く形成し、または切屑排出溝が刃先部の周面を１回転半周回する長さとなる位置まで形成することで、加工穴の内壁面を仕上げ加工するのに十分な長さの仕上げ刃付き溝を得ることができる。
ここで、仕上げ刃付き溝の形成されている長さが、切屑排出溝が刃先部の周面を１回転周回する長さより短かったり、１回転半周回する長さとなる位置まで形成されていなかったりすると、削り残しが発生しやすくなり、加工穴の内壁面精度を向上させる効果が得られない。
【００１２】
また、前記刃先部の周面に形成される切屑排出溝が１条のみであることを特徴とする。
このような構成とすると、刃先部の２条の切屑排出溝が設けられた従来のドリルに比べて芯厚を厚くとることができ、高いドリル剛性を得ることができる。
【００１３】
また、前記仕上げ刃付き溝のねじれ角βが−８０°≦β≦−１０°の範囲に設定されることを特徴とする。
このような構成とすると、ドリル引き抜き時に、仕上げ刃付き溝とマージンとの交差稜線にかかる応力を、切屑排出溝とマージンとの交差稜線にかかる応力と相殺させて緩和するのに好適な向きに発生させることができる。
ここで、仕上げ刃付き溝のねじれ角βが−８０°より小さい、あるいは−１０°より大きいと、仕上げ刃付き溝とマージンとの交差稜線にかかる応力を、切屑排出溝とマージンとの交差稜線にかかる応力と相殺させて十分に緩和するような向きに発生させることができず、刃先部の折損防止効果が得られない。
【００１５】
また、前記仕上げ刃付き溝の仕上げ刃がなす刃物角θが８０゜≦θ≦１２０゜の範囲に設定されていることを特徴とする。
このような構成としたことにより、仕上げ刃の耐欠損性を確保するとともに、良好な切れ味を確保することができる。
ここで、仕上げ刃付き溝の仕上げ刃がなす刃物角θが８０゜より小さくなると、仕上げ刃にかかる切削抵抗が大きくなって欠損しやすくなり、一方、刃物角θが１２０゜より大きくなると、仕上げ刃の切れ味が低下して、加工穴の内壁面精度を向上させるという効果が得られなくなってしまう。
【００１６】
また、前記刃先部の断面に内接する最大の円の直径ｄが前記刃先部の最大外径Ｄに対してなす割合ｄ／Ｄ（以下、芯厚比率と称する。）が６０％以上であることを特徴とする。
このような構成とすると、刃先部の芯厚を十分に確保して、ドリル剛性を高く保つことができ、さらに、仕上げ刃付き溝の大きさを必要以上に大きくすることがない。
ここで、芯厚比率ｄ／Ｄが６０％より小さいと、刃先部の芯厚が薄くなってしまい、十分なドリル剛性を保つことができなくなってしまう。
【００１７】
また、前記仕上げ刃付き溝の溝深さａが前記刃先部の最大外径Ｄに対してなす割合ａ／Ｄ（以下、溝深さ比率と称する。）が５％以上とされるとともに、前記仕上げ刃付き溝の溝幅ｂが前記刃先部の最大外径Ｄに対してなす割合ｂ／Ｄ（以下、溝幅比率と称する。）が１０％以上とされることを特徴とする。
このような構成としたことにより、マージンと加工穴の内壁面との間に入り込み、仕上げ刃付き溝により除去される切り屑、あるいは仕上げ刃の仕上げ加工により発生する切り屑を逃がすのに十分なスペースを確保できる。
なお、溝深さ比率ａ／Ｄが５％より小さく設定されたり、溝幅比率ｂ／Ｄが１０％より小さく設定されていると、仕上げ刃付き溝のスペースを十分に確保することができず、仕上げ刃付き溝による切り屑の除去効率が悪化する。
【００１８】
また、前記刃先部の最大外径Ｄが１ｍｍ以下、かつ前記刃先部の有効刃長Ｌと前記刃先部の最大外径Ｄとの比Ｌ／Ｄが５以上であることを特徴とする。
このような構成としたことにより、とくに、穴位置精度の低下や穴内壁面精度の低下といった問題が発生しやすい小径深穴の孔部を穿孔する際に本発明を有効に活用できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の第一実施形態による小型ドリルの刃先部の側面図、図２は同小型ドリルの刃先部の断面図、図３は図２における要部拡大図、図４は図３における要部拡大図、図５は同小型ドリルの刃先部の断面についての説明図である。
【００２０】
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、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。すなわち、刃先部１１の外径Ｄは最大外径Ｄとされる。
【００２１】
また、刃先部１１にはその先端から基端側に向けて、回転軸線Ｏを中心に螺旋状に一定のねじれ角αでねじれて、外周面に開口する１条の切屑排出溝１２が設けられている。この切屑排出溝１２は、刃先部１１の先端から基端に亘って外周面を約３回転半周回するように形成されており、なおかつ、一定の溝深さおよび溝幅をもつものである。これにより、刃先部１１の断面に内接する最大の円の直径ｄ（いわゆる刃先部１１の芯厚ｄ）が、刃先部１１の先端から基端まで一定とされている。
【００２２】
さらに、同じく刃先部１１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１条の仕上げ刃付き溝１３が螺旋状に切屑排出溝１２と逆向きに一定のねじれ角βでねじれて形成されている。このとき、切屑排出溝１２のねじれ角αを正の角とするならば、仕上げ刃付き溝１３のねじれ角βは負の角となって、−８０゜≦β≦−１０゜の範囲に設定されており、本第一実施形態においては、例えば、仕上げ刃付き溝１３のねじれ角βと切屑排出溝１２のねじれ角αの両者の絶対値が同一とされている（β＝−α）。
【００２３】
ここで、仕上げ刃付き溝１３は、図２に示すように、切屑排出溝１２よりドリル回転方向Ｔ後方側に位置し、回転軸線Ｏ側に向かって凹むような凹曲面をなす壁面１４によって凹溝状に形成されている。また、本第一実施形態において、仕上げ刃付き溝１３は刃先部１１の先端から基端まで形成されている、換言すれば、仕上げ刃付き溝１３は切屑排出溝１２が刃先部１１の外周面を約３回転半周回する長さとなる位置まで（切屑排出溝１２と同じ長さ）形成されている。
このとき、仕上げ刃付き溝１３は、切屑排出溝１２によって複数に分断されたようになっている。
【００２４】
また、図１に示すように、切屑排出溝１２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とし、このすくい面と刃先部１１の先端逃げ面１６との交差稜線部には切刃１７が形成されている。先端逃げ面１６は、切刃１７の回転方向Ｔのすぐ後方に位置する第一逃げ面１６ａと、第一逃げ面１６ａに連なって回転方向Ｔ後方側に位置する第二逃げ面１６ｂと、さらに、第二逃げ面１６ｂに連なって回転方向Ｔ後方側に位置する第三逃げ面１６ｃとで構成されている。
【００２５】
刃先部１１において、切屑排出溝１２及び仕上げ刃付き溝１３を除く外周面は、図２に示すように、マージン１８によって構成されているが、このマージン１８は、刃先部１１の外周面に開口する仕上げ刃付き溝１３が設けられていることにより２つに分断されている、換言すれば、刃先部１１の外周面において、従来マージン１８とされていた部分に仕上げ刃付き溝１３が形成されていることになる。さらに、マージン１８は、図１に示すように、切屑排出溝１２と同様に刃先部１１の先端から基端側に向けて小型ドリル１０の回転方向Ｔの後方側にねじれて螺旋状に形成されており、仕上げ刃付き溝１３により複数に分断されるものの刃先部１１の有効刃長Ｌ全長に亘って形成されている。
【００２６】
また、図２及び図３に示すように、仕上げ刃付き溝１３を形成する壁面１４のドリル回転方向Ｔ後方側領域に位置して回転方向Ｔを向く壁面をすくい面１４ａとし、このすくい面１４ａとマージン１８との交差稜線に仕上げ刃１５（切刃）が形成されている。また、仕上げ刃１５がなす刃物角θは８０°≦θ≦１２０°の範囲に設定され、本第一実施形態においては、例えばθ＝１００°に設定されている。
ここで、仕上げ刃１５の刃物角θとは、刃先部１１の断面視において、すくい面１４ａが、回転軸線Ｏを中心としマージン１８を円弧とする仮想の円上で、すくい面１４ａとマージン１８とが交差する点Ｘにおける接線Ａ方向となす角のことを示す。
【００２７】
また、仕上げ刃付き溝１３を構成する壁面１４の回転方向Ｔ前方側領域に位置する前方側壁面１４ｂは、図３に示すように、マージン１８となす角φ（刃先部１１の断面視において、前方側壁面１４ｂが、回転軸線Ｏを中心としマージン１８を円弧とする仮想の円上で前方側壁面１４ｂとマージン１８とが交差する点Ｙにおける接線Ｂ方向となす角）が、１２０°以上に設定されており、本第一実施形態においては、例えばφ＝１６０°に設定されている。
さらに、より詳しく言えば、図４に示した拡大断面図のように、マージン１８と前方側壁面１４ｂとの接続部分（すなわち、前方側壁面１４ｂとマージン１８とが交差する点Ｙ付近）がなめらかな凸曲面をなすように形成されている。なお、この接続部分は、滑らかに接続されていなくてもよいし、多段となるように形成されていてもよい。
【００２８】
また、仕上げ刃付き溝１３の溝深さａ（すなわち、図３における刃先部１１の断面視において、回転軸線Ｏを中心としマージン１８を円弧とする仮想の円と、この仮想の円と同心で仕上げ刃付き溝１３と接する円ｒとの径方向の距離）が刃先部１１の最大外径Ｄに対してなす割合ａ／Ｄ（溝深さ比率ａ／Ｄ）は５％以上とされており、さらに、仕上げ刃付き溝１３の溝幅ｂ（すなわち、図３における刃先部１１の断面視において、仕上げ刃付き溝１３を構成する壁面１４がマージン１８と交差する２点間を結んだ距離）が刃先部１１の最大外径Ｄに対してなす割合ｂ／Ｄ（溝幅比率ｂ／Ｄ）が１０％以上とされている。
【００２９】
また、刃先部１１の最大外径Ｄ（本第一実施形態においては、刃先部１１の断面視で、回転軸線Ｏを中心とし、マージン１８を円弧とする仮想の円の直径）が１ｍｍ以下、なおかつ、刃先部１１の有効刃長Ｌと最大外径Ｄとの比Ｌ／Ｄは５以上となるように刃先部１１が形成されている。
【００３０】
さらに、図２に示すように、刃先部１１の断面に内接する最大の円の直径ｄ（いわゆる、刃先部１１の芯厚ｄ）が、刃先部１１の最大外径Ｄに対してなす割合ｄ／Ｄ（芯厚比率ｄ／Ｄ）が６０％以上とされている。ここで、本第一実施形態においては、図２に示すように、マージン１８と切屑排出溝１２とに内接する円が最大の直径ｄをもち、その芯厚比率ｄ／Ｄは例えば６５％とされて、刃先部１１の先端から基端まで一定とされている。
【００３１】
このとき、芯厚比率ｄ／Ｄが６０％以上に設定されていることから、必然的に仕上げ刃付き溝１３の溝深さａが制限されることになり、この仕上げ刃付き溝１３が確保できるスペースは最大でも、図５に示すように、刃先部１１の断面に内接する最大の円（芯厚ｄを示す円）に接するような大きさとなる。このため、仕上げ刃付き溝１３は、切屑排出溝１２の大きさと比較して十分に小さいことになり、仕上げ刃付き溝１３がドリル剛性を不容易に低めてしまうことがない。
【００３２】
以上のような構成とされた小型ドリル１０は、その刃先部１１に１条の切屑排出溝１２と１条の仕上げ刃付き溝１３が形成されたものであるが、仕上げ刃付き溝１３が確保するスペースは、切屑排出溝１２が確保するスペースよりも十分に小さいために、刃先部１１の芯厚を十分に確保できることとなり、従来の２条の切屑排出溝が設けられた小型ドリルと比較して、圧倒的にドリル剛性が高い。
【００３３】
しかも、加工穴の内壁面を擦るマージン１８に仕上げ刃付き溝１３が形成されているため、被削材の穿孔の際に、マージン１８と加工穴の内壁面との間に入り込んだ切り屑を仕上げ刃付き溝１３によって除去して排出するとともに、その加工穴の内壁面を仕上げ刃１５により再度切削して仕上げ加工することができ、穴内壁面精度を向上させることができる。
【００３４】
また、ドリル剛性を高く保つことができるために、被削材の穿孔の際に小型ドリル１０の送り速度を高めても、穴曲がりや刃先部１１の折損が生じることがなく、高能率の穴明け加工を行うことが可能になるとともに、高送りにした弊害として生じる加工穴におけるバリの発生や内壁面粗さの低下という問題に対しても、上記の仕上げ刃付き溝１３の仕上げ刃１５によって加工穴の内壁面を再度切削することで、このような問題点を解消できる。
その結果、加工穴の内壁面粗さを良好に維持しながら従来の２条の切屑排出溝が形成された小型ドリルよりも高能率の穴明け加工を行うことができる。
【００３５】
また、被削材に穴明け加工を施した後の小型ドリル１０の引き抜き時には、図６に示す刃先部１１の拡大側面図のように、切屑排出溝１２とマージン１８とが交差して形成される２本の稜線のうちで、切屑排出溝１２のドリル回転方向Ｔ前方側に向く壁面に連なる稜線１２Ａが、小型ドリル１０の回転軸線Ｏ周りの回転により回転方向Ｔと逆向きに受ける応力Ｐ１と、ドリル引き抜き方向（図６に示す白抜き矢印方向）と逆向きに受ける応力Ｐ２との合成応力Ｐを受けることになる。
【００３６】
同じく、ドリル引き抜き時には、仕上げ刃付き溝１３とマージン１８とが交差して形成される２本の稜線にも応力がかかることになるが、この２本の稜線のうち、図６の刃先部１１の拡大側面図において、切屑排出溝１２の回転方向Ｔ後方側に近い稜線１３Ａ（すなわち、仕上げ刃付き溝１３の仕上げ刃１５ではない方の稜線１３Ａ）には、通常、小型ドリル１０の引き抜き速度よりも回転速度の方がはるかに高いために応力がほとんどかからず、これに対し、図６の拡大側面図において、切屑排出溝１２の回転方向Ｔを向く壁面に連なる稜線、すなわち、仕上げ刃付き溝１３の仕上げ刃１５には、小型ドリル１０の回転軸線Ｏ周りの回転による応力を主とした合成応力Ｑが、仕上げ刃１５の延材する方向と略直交する方向（仕上げ刃付き溝１３のねじれに対して約９０゜異なる方向）からかかることなる。
【００３７】
この仕上げ刃１５が受ける合成応力Ｑが、切屑排出溝１２とマージン１８との交差稜線１２Ａにかかる合成応力Ｐを打ち消すように働き、ドリル引き抜き時に刃先部１１にかかる負荷を緩和させることができる。
これにより、ドリル引き抜き速度を高めたとしても、刃先部１１の折損事故を防止することができ、穴明け加工速度が高まり、さらなる高能率加工を行うことが可能になる。
【００３８】
また、仕上げ刃付き溝１３は、従来の２本の切屑排出溝が設けられた小型ドリルに採用されても、加工穴の内壁面粗さの向上及びドリル引き抜き時の刃先部１１の折損事故防止という効果を奏するものであるが、ドリル剛性の問題を考慮すると、刃先部１１に１条の切屑排出溝１２が形成された小型ドリル１０に採用することで、高能率の穴明け加工と高精度の穴明け加工の両方が同時に達成できることとなる。
【００３９】
しかも、本第一実施形態による小型ドリル１０は、刃先部１１の最大外径Ｄが１ｍｍ以下、かつ刃先部１１の最大外径Ｄと有効刃長Ｌとの比Ｌ／Ｄが５以上であることから、とくに穴位置精度の低下や穴内壁面精度の低下といった問題が発生しやすい小径深穴の孔部を穿孔する際に本発明を有効に活用できる。
また、被削材としてプリント基板等に小径深穴の孔部を穿孔する場合のように、加工穴の内壁面にスミア等が付着して問題になる場合であっても、仕上げ刃付き溝１３によるスミアの除去、及び仕上げ刃１５による内壁面の仕上げ加工等ができることにより、加工穴の内壁面粗さを向上できる。このため、従来、問題とされていたスミアによる内壁面精度の低下を防ぐことができるだけでなく、スミアの除去工程が必要とならないために製品の歩留まりを高く保つことができる。
【００４０】
また、仕上げ刃付き溝１３のねじれ角βが−８０°≦β≦−１０°の範囲に設定されていることにより、仕上げ刃付き溝１３の仕上げ刃１５にかかる応力Ｑを、切屑排出溝１２とマージン１８との交差稜線１２Ａにかかる応力Ｐと緩和させるのに好適な向きに発生させることができ、小型ドリル１０の引き抜き時に刃先部１１にかかる負荷を低減して、刃先部１１の折損を防止する効果を十分に得ることができる。
ここで、仕上げ刃付き溝１３のねじれ角βが−８０°より小さい、あるいは−１０°より大きいと、仕上げ刃１５にかかる応力Ｑを、切屑排出溝１２とマージン１８との交差稜線１２Ａにかかる応力Ｐと緩和させるのに十分な向きに発生させることができず、刃先部１１の折損防止効果が得られない。
なお、仕上げ刃付き溝１３のねじれ角βは、上述した効果をより確かなものとするために、−７０°≦β≦−２０°の範囲に設定されるのが好ましい。
【００４１】
また、仕上げ刃付き溝１３は、切屑排出溝１２が刃先部１１を１回転周回する長さより長く形成されていることにより、加工穴の内壁面を仕上げ加工するのに十分な長さの仕上げ刃１５を形成できて、加工穴の内壁面の安定した仕上げ加工を行うことができる。
ここで、仕上げ刃付き溝１３の形成されている長さが、切屑排出溝１２が刃先部１１の外周面を１回転周回する長さより短いと、削り残しが発生しやすくなり、加工穴の内壁面精度を向上させる効果が十分に得られない。
【００４２】
また、仕上げ刃付き溝１３の仕上げ刃１５がなす刃物角θが８０゜≦θ≦１２０゜の範囲に設定されていることにより、仕上げ刃１５の耐欠損性を確保するとともに、良好な切れ味を確保することができる。
ここで、仕上げ刃１５がなす刃物角θが８０゜より小さくなると、仕上げ刃１５にかかる切削抵抗が大きくなって欠損しやすくなり、一方、刃物角θが１２０゜より大きくなると、仕上げ刃１５の切れ味が低下して、加工穴の内壁面を仕上げ加工して面粗さを良好にするという効果が得られなくなってしまう。
なお、仕上げ刃１５がなす刃物角θは、上述した効果をより確かなものとするために、８０°≦θ≦９０°の範囲に設定されるのが好ましい。
【００４３】
また、芯厚比率ｄ／Ｄが刃先部１１の全長に亘って６０％以上とされていることから、刃先部１１の芯厚を十分に確保でき、ドリル剛性を高く保つことができるとともに、仕上げ刃付き溝１３が形成される空間を必要以上に大きくすることがない。
ここで、芯厚比率ｄ／Ｄが６０％より小さいと、刃先部１１の芯厚が薄くなってしまい、十分なドリル剛性を保つことができなくなってしまう。
【００４４】
また、溝深さ比率ａ／Ｄが５％以上とされるとともに、溝幅比率ｂ／Ｄとが１０％以上であることにより、マージン１８と加工穴の内壁面との間に入り込んでしまい仕上げ刃付き溝１３により除去される切り屑や仕上げ刃１５による切削で生じる切り屑を逃がすのに十分なスペースを確保できる。
なお、溝深さ比率ａ／Ｄが５％より小さく設定されたり、溝幅比率ｂ／Ｄが１０％より小さく設定されていると、マージン１８と加工穴の内壁面との間に入り込んだ切り屑や仕上げ刃１５による切削で生じる切り屑を逃がすための仕上げ刃付き溝１３のスペースを十分に確保することができなくなってしまう。
【００４５】
なお、第一実施形態においては、刃先部１１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小型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小型ドリルでもよい。この場合、刃先部１１の先端側部分の外径が最大外径Ｄとなる。
【００４６】
また、以上説明した第一実施形態のようなストレートタイプの小型ドリル１０に限らず、刃先部１１の先端部分のみが一段拡径したようなアンダーカットタイプのドリルでもよく、このような場合の小型ドリルを本発明の第二実施形態として説明する。
なお、第二実施形態は、刃先部１１の形状と、刃先部１１の外周面（マージン１８）に形成された仕上げ刃付き溝１３の構成のみが異なるものであり、上述した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。
【００４７】
まず、図７に本発明の第二実施形態による小型ドリルの刃先部の側面図を示す。
第二実施形態による小型ドリル２０は、図７に示すように、刃先部１１が、その先端部分に位置する第一刃先部１１Ａと、第一刃先部１１Ａの後端側に位置し、第一刃先部１１Ａの外径Ｄより小さい外径をもつ第二刃先部１１Ｂとから構成されるようなアンダーカットタイプとされている。このとき、第一刃先部１１Ａの外径Ｄが、刃先部１１の最大外径Ｄとなり、加工穴の内壁面を擦るマージン１８は第一刃先部１１Ａの外周面に形成されていることになる。
なお、切屑排出溝１２は、刃先部１１の先端から基端まで一定のねじれ角αで形成されて刃先部１１の外周面を約３回転半周回しており、刃先部１１において、その先端から切屑排出溝１２が刃先部１１の外周面を約１回転半周回する長さとなる位置までが第一刃先部１１Ａとされている。
【００４８】
この第二実施形態による小型ドリル２０は、図７に示すように、刃先部１１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１条の仕上げ刃付き溝１３が螺旋状に切屑排出溝１２と逆向きに一定のねじれ角β（−８０゜≦β≦−１０゜）でねじれて形成されている。また、本第二実施形態においては、例えば、仕上げ刃付き溝１３のねじれ角βと切屑排出溝１２のねじれ角αの両者の絶対値が同一とされて（β＝−α）、第一刃先部１１Ａの全長に亘って形成されている、換言すれば、切屑排出溝１２が刃先部１１の外周面を約１回転半周回する長さとなる位置まで形成されている。
【００４９】
上記のようなアンダーカットタイプとされた第二実施形態による小型ドリル２０では、刃先部１１に形成される仕上げ刃付き溝１３が、切屑排出溝１２が刃先部１１の外周面を１回転周回する長さより長く、かつ第一刃先部１１Ａの全長に亘って形成されているため、仕上げ刃付き溝１３の形成される長さを必要十分に確保でき、仕上げ刃付き溝１３によってもたらされる効果を何の遜色もなく奏するものであり、上述した本発明の第一実施形態による小型ドリルと同様の効果を奏する。しかも、刃先部１１の基端側部分に、その外径が一段縮径した第二刃先部１１Ｂが形成されていることにより多少のドリル剛性は失うものの、加工穴の内壁面に接触するマージン１８の面積が減少することになって、加工穴の内壁面精度をより向上させることが可能になる。
【００５０】
なお、アンダーカットタイプとされる小型ドリルでは、仕上げ刃付き溝１３が刃先部１１の全長に亘って形成されていてもよいが、第一刃先部１１Ａ（マージン１８が形成されている部分）に形成されていれば十分であり、仕上げ刃付き溝１３が、第二刃先部１１Ｂの基端まで形成されている必要はない。
【００５１】
なお、本実施形態においては、刃先部１１の切屑排出溝１２及び仕上げ刃付き溝１３を除く外周面はマージン１８のみで構成されているが、これに限定されることなく、例えば、図８に示すように、刃先部１１の切屑排出溝１２及び仕上げ刃付き溝１３を除く外周面が、マージン１８とマージン１８のドリル回転方向Ｔ後方側に位置して一定の２番取り深さｃをもつ２番取り面１９とで構成されていてもよい。
【００５２】
また、さらに、刃先部１１の切屑排出溝１２及び仕上げ刃付き溝１３を除く外周面がマージン１８と２番取り面１９とで構成され、このマージン１８が２番取り面１９によって例えば２つに分断されていて、２つに分断されたマージン１８のうち、少なくとも一方のマージン１８に、仕上げ刃付き溝１３が形成されるようにしてもよい。
【００５３】
なお、本実施形態においては、刃先部１１の外周面に設けられる仕上げ刃付き溝１３が１条のみとされているが、これに限定されることなく、複数の仕上げ刃付き溝１３が設けられていてもよい。
さらに、この仕上げ刃付き溝１３のねじれ角βを、刃先部１１の基端側に向かうにしたがい連続的に変化させてもよい。例えば、ねじれ角βを刃先部１１の基端側に向かうにしがたい連続的に大きくさせたり、あるいは連続的に小さくしたりしてもよい。
【００５４】
また、本実施形態においては、芯厚比率ｄ／Ｄが刃先部の先端から基端まで一定とされているが、これに限定されることなく、芯厚比率ｄ／Ｄを刃先部１１の先端から基端側に向かうにしたがい、徐々に大きくさせてもよい。
また、本実施形態においては、刃先部１１の周面に設けられる切屑排出溝１２が１条のみとされているが、これに限定されることなく刃先部に２条以上の切屑排出溝１２が設けられていてもよい。
【００５５】
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のねじれ角αを刃先部１１の先端から基端まで一定としたが、そのねじれ角α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。
さらに、本実施形態においては、刃先部の最大外径Ｄが１ｍｍ以下、かつ有効刃長Ｌと最大外径Ｄとの比Ｌ／Ｄが５以上となるような小型ドリルについて説明したが、この範囲に限定されることなく、これより大きい最大外径Ｄをもつドリルや、Ｌ／Ｄが５より小さいドリルでも構わない。
【００５６】
【実施例】
本発明の一例による小型ドリルを実施例１〜２１とし、これに加えて各種の構成を有する小型ドリル（比較例１，２及び従来例１〜８）を用いて被削材の穴明け試験を行った。
【００５７】
実施例１〜２１，比較例１，２は、その刃先部１１に１条の切屑排出溝１２が形成され、さらに、１条の仕上げ刃付き溝１３が、切屑排出溝１２と逆向きにねじれて刃先部１１の先端から基端まで形成されているが、実施例１〜２１は、刃先部１１の芯厚比率ｄ／Ｄ及び仕上げ刃付き溝１３の仕上げ刃１５がなす刃物角θが本発明の範囲（６０％≦ｄ／Ｄ、８０゜≦θ≦１２０゜）に設定されたものであり、比較例１，２は、仕上げ刃付き溝１３の仕上げ刃１５がなす刃物角θが本発明の範囲よりも大きく設定されたものである。
さらに、従来例１〜６は、その刃先部１１に１条の切屑排出溝１２が形成されているが、仕上げ刃付き溝１３が形成されていないものであり、従来例７，８は、その刃先部１１に２条の切屑排出溝１２が形成されているのに加え、仕上げ刃付き溝１３が形成されていないものである。
【００５８】
なお、実施例１〜２１、比較例１，２及び従来例７，８は、その切屑排出溝１２のねじれ角αが刃先部１１の先端から基端まで一定の４０゜、さらに、実施例１〜２１、比較例１，２においては仕上げ刃付き溝１３のねじれ角βが刃先部１１の先端から基端まで一定の−４０゜とされており、これに対し、従来例１〜６は、その切屑排出溝３のねじれ角γが刃先部２の先端で３０゜とされ、基端側に向かうにしたがい、ねじれ角γが連続的に大きくなり基端側部分で６０゜とされている。
【００５９】
以上のような小型ドリル（実施例１〜２１、比較例１，２及び従来例１〜８）を用いて、２種類の穴明け試験（内壁面精度と穴位置精度を評価する試験と、耐折損性を評価する試験）を行い、得られた結果から各小型ドリルの性能を検討した。
まず、実施例１〜１３、比較例１，２、従来例１〜３，７を用いて行った内壁面精度と穴位置精度を評価する穴明け試験の試験条件と結果を表１に示す。
【表１】
【００６０】
本実施例１〜１３、比較例１，２及び従来例１〜３，７は共通して、刃先部１１の外径Ｄが該刃先部１１の先端から基端まで一定の０．１５ｍｍであるストレートタイプで、有効刃長Ｌが２．５ｍｍである（Ｌ／Ｄ＝１６．７）。さらに、実施例１〜１４、比較例１，２の刃先部１１に形成された仕上げ刃付き溝１３は、その溝深さａが１０μｍ（溝深さ比率ａ／Ｄが１０％）、溝幅ｂが２０μｍ（溝幅比率ｂ／Ｄが２０％）とされている。
【００６１】
上記のような構成の小型ドリル（実施例１〜１３、比較例１，２及び従来例１〜３，７）を用い、被削材とされる基板（厚み０．２ｍｍのＢＴレジンの両面板を５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）をつけて、穴明け試験を行った。ドリルの回転数は１６００００ｍｉｎ-1（ｒｐｍ）、送り速度は１２．５μｍ／rev.としてステップ送りはせず、ドリル引き抜き速度は５ｍ／ｍｉｎ（引き抜き時に刃先部の折損が生じにくい程度の低い条件）で被削材の穴明け加工を行い、７０００穴を加工した後の加工穴の内壁の最大面粗さと、６９０１〜７０００穴目の１００穴の平均穴位置精度（重ねた基板において最下層に位置する基板のねらい穴位置に対する各穴位置のずれの平均値）を測定した。
【００６２】
表１に示すように、本発明の一例である実施例１〜１３では穿孔した加工穴の内壁面粗さがどれも１３μｍより小さい値に収まり、なおかつ、平均穴位置精度がどれも３８μｍより小さい値となり、加工穴の内壁面精度及び平均穴位置精度が良好であるという結果が得られた。
【００６３】
また、仕上げ刃付き溝１３の仕上げ刃１５の刃物角θが１３５゜及び１４０゜とされ、本発明の範囲よりも大きく設定されている比較例１，２では、平均穴位置精度はそれぞれ４０μｍ、３３μｍと良好な値が得られたが、仕上げ刃１５の刃物角θが大きくて切れ味が悪いために、加工穴の内壁面を良好に仕上げ加工することができず、内壁面粗さが２３μｍ，２２μｍとなって、本発明の一例である実施例１〜１７と比較して、内壁面粗さが劣るという結果が得られた。
【００６４】
さらに、刃先部１１に仕上げ刃付き溝１３が形成されていない従来例１〜３では、平均穴位置精度はどれも４２μｍ以下となり良好であったものの、仕上げ刃１５による仕上げ加工ができないので、内壁面粗さがどれも３０μｍ程度となり、実施例１〜１３と比較して、良好な内壁面粗さを得ることができなかった。
さらに、刃先部１１に２条の切屑排出溝が設けられ、仕上げ刃付き溝１３が形成されていない従来例７では、芯厚が薄く剛性を高く保つことができないので、平均穴位置精度が７２μｍと非常に悪く、さらに、内壁面粗さも２８μｍとなって良い結果が得られなかった。
【００６５】
次に、実施例１４〜２１、従来例４〜６，８を用いて行った耐折損性を評価する穴明け試験の試験条件と結果を表２に示す。
【表２】
【００６６】
本実施例１４〜２１、従来例４〜６，８は共通して、刃先部１１の外径Ｄが該刃先部１１の先端から基端まで一定の０．１５ｍｍであるストレートタイプで、有効刃長Ｌが２．０ｍｍである（Ｌ／Ｄ＝１３．３）。さらに、実施例１４〜２１の刃先部１１に形成された仕上げ刃付き溝１３は、その溝深さａが１０μｍ（溝深さ比率ａ／Ｄが１０％）、溝幅ｂが２０μｍ（溝幅比率ｂ／Ｄが２０％）とされている。
【００６７】
上記のような構成の小型ドリル（実施例１４〜２１、従来例４〜６，８）を１０本ずつ用い、被削材とされる基板（厚み０．２ｍｍのＢＴレジンの両面板を７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）をつけて、穴明け試験を行った。ドリルの回転数は１６００００ｍｉｎ-1（ｒｐｍ）、送り速度は２０μｍ／rev.としてステップ送りはせず、ドリル引き抜き速度は２５ｍ／ｍiｎで被削材の穴明け加工を行い、４０００穴を加工するまでに刃先部の折損が生じた小型ドリルの本数を測定した。
【００６８】
表２に示すように、本発明の一例である実施例１４〜２１は、それらの折損発生本数が、実施例１４と実施例１７がそれぞれ１本のみ、その他は０本となり、引き抜き時に刃先部１１にかかる負荷を仕上げ刃付き溝１３によって効果的に緩和できており、ドリル引き抜き時における耐折損性が非常に優れていることが分かる。
【００６９】
また、従来例４〜６は、仕上げ刃付き溝１３が形成されていないために本実施例ほどの耐折損性を得ることができず、それぞれ折損発生本数が５，６，４本となり、実施例１４〜２１と比較して耐折損性が劣るということが分かる。
さらに、刃先部１１に２条の切屑排出溝１２が設けられた従来例８に至っては、２条の切屑排出溝１２により芯厚が薄くなって、刃先部１１の強度が得られず、１０本中１０本が折損したという結果になり、全く耐折損性を有しなかった。
【００７０】
以上、表１及び表２に示した試験結果をまとめると、以下の表３のようになる。
【表３】
【００７１】
表３に示したように、本発明による実施例は、仕上げ刃１５の刃物角θが本発明の範囲よりも外れている比較例や、刃先部１１に１条の切屑排出溝が設けられているが仕上げ刃付き溝１３が形成されていない従来例、及び２条の切屑排出溝を有する従来例と比較して、加工穴の内壁面精度及び穴位置精度が良好であり、しかもドリル引き抜き時の耐折損性も確保できるという結果が得られた。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のドリルによれば、切屑排出溝とは別に、刃先部の周面のマージンとされる部分に、切屑排出溝と逆向きにねじれる仕上げ刃付き溝を形成しているから、マージンと加工穴の内壁面との間に入り込んだ切り屑を仕上げ刃付き溝によって除去して排出するとともに、その加工穴の内壁面を仕上げ刃により再度切削することができ、穴内壁面精度を向上させることができる。
さらに、仕上げ刃付き溝が切屑排出溝と逆向きにねじれて形成されていることから、ドリル引き抜き時に、仕上げ刃付き溝とマージンとの交差稜線部分が受ける応力が、切屑排出溝とマージンとの交差稜線部分が受ける応力を緩和するように働き、ドリル引き抜き速度を高めても、刃先部の折損事故を防止することができて、高能率の加工が可能となる。
また、仕上げ刃付き溝を、切屑排出溝が刃先部を１回転周回する長さより長く、または切屑排出溝が刃先部の周面を１回転半周回する長さとなる位置まで形成することにより、加工穴の内壁面を仕上げ加工するのに十分な長さの仕上げ刃を確保することができる。
【００７３】
また、刃先部に設けられる切屑排出溝が１条のみであるから、芯厚を薄くすることなく高いドリル剛性を得られて穴位置精度を向上させることができる。さらに、高いドリル合成を得られることから、被削材の穿孔の際のドリルの送り速度を高めて高能率加工を行うことができるとともに、送り速度を高めた弊害として発生する加工穴のバリや内壁面精度の低下といった問題を、仕上げ刃付き溝の仕上げ刃によって解決することができ、高能率加工及び高精度加工の両方を同時に達成することが可能になる。
【００７４】
また、仕上げ刃付き溝のねじれ角βが−８０゜≦β≦−１０゜の範囲に設定されているから、仕上げ刃付き溝とマージンとの交差稜線にかかる応力を、切屑排出溝とマージンとの交差稜線にかかる応力と緩和させるのに好適な向きに発生させることができて、ドリル引き抜き時に刃先部の折損を防止する効果が得られる。これにより、ドリル引き抜き速度を高めることが可能になり、穴明け加工速度が高まり高能率の加工を行うことができる。
【００７５】
また、仕上げ刃付き溝の仕上げ刃がなす刃物角θが８０゜≦θ≦１２０゜の範囲に設定されていることにより、仕上げ刃の耐欠損性及び切れ味を確保することができる。
【００７６】
また、芯厚比率ｄ／Ｄが６０％以上であることを特徴とすることにより、刃先部の芯厚を十分に確保でき、ドリル剛性を高く保つことができるとともに、仕上げ刃付き溝が形成する空間を必要以上に大きくすることがない。
また、溝深さ比率ａ／Ｄが５％以上とされるとともに、溝幅比率ｂ／Ｄが１０％以上であることにより、マージンと加工穴の内壁面との間に入り込み、仕上げ刃付き溝により除去される切り屑や仕上げ刃による切削で生じる切り屑を逃がすのに十分なスペースを確保できる。
【００７７】
また、刃先部の最大外径Ｄが１ｍｍ以下、かつ刃先部の最大外径Ｄと有効刃長Ｌとの比Ｌ／Ｄが５以上であることを特徴とすることにより、とくに穴位置精度の低下や内壁面精度の低下といった問題が発生しやすい小径深穴の孔部を穿孔する際に本発明を有効に活用できる。さらに、プリント基板等に小径深穴の孔部を穿孔する際に問題となるスミアを効果的に除去して内壁面精度を良好に保つとともに、スミアの除去工程が必要でなくなり生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一実施形態による小型ドリルの刃先部を示す側面図である。
【図２】 本発明の第一実施形態による小型ドリルの刃先部の断面図である。
【図３】 図２における要部拡大図である。
【図４】 図３における要部拡大図である。
【図５】 本発明の第一実施形態による小型ドリルの刃先部の断面を示す説明図である。
【図６】 本発明の第一実施形態による小型ドリルを引き抜くときに刃先部にかかる力を説明する刃先部の拡大側面図である。
【図７】 本発明の第二実施形態による小型ドリルの刃先部を示す側面図である。
【図８】 本発明の実施形態による小型ドリルの刃先部の断面を示す説明図である。
【図９】 従来の小型ドリルの刃先部を示す側面図である。
【図１０】 図９における小型ドリルの刃先部の断面図である。
【符号の説明】
１０，２０ 小型ドリル
１１ 刃先部
１２ 切屑排出溝
１３ 仕上げ刃付き溝
１４ 壁面
１５ 仕上げ刃
１６ 先端逃げ面
１７ 切刃
１８ マージン
ａ 溝深さ
ｂ 溝幅
ｄ 刃先部の断面に内接する最大の円の直径
Ｄ 刃先部の最大外径
Ｌ 有効刃長
Ｐ 応力
Ｑ 応力
Ｔ 回転方向
α ねじれ角
β ねじれ角
θ 刃物角
【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、プラスチ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ドリルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に小型ドリルは、穿孔すべき穴がきわめて小径であり、ドリル本体の先端側に例えば直径０．０５〜３．１７５ｍｍ程度の小径棒状の刃先部が設けられ、後端側にドリル本体を工作機械の回転軸に把持するための比較的大径のシャンク部が刃先部と一体にまたはろう付けや締まり嵌め等で接続されて設けられている。刃先部の材質は、通常、超硬合金が採用され、シャンク部は超硬合金やスチール等の鋼材等が採用されている。
【０００３】
従来の小型ドリルでは、回転軸線周りに回転される小型ドリルの刃先部の周面に、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２条の切屑排出溝が対向して形成されている。
このような２条の切屑排出溝が設けられた従来の小型ドリルでは、２条の切屑排出溝によって芯厚が薄くなりドリルの剛性が低くなるので、とくに穴径が１ｍｍ以下、かつ穴深さと穴径との比が５以上のような小径深穴加工の場合、穴曲がりによる穴位置精度低下、刃先部の折損が発生してしまう。
【０００４】
上記のような問題を解決するために、ＵＳＰ５５８４６１７に開示されているような小型ドリルがある。図９はこのような小型ドリルの刃先部を示す側面図であり、図１０は同小型ドリルの刃先部の断面図である。この小型ドリル１は、刃先部２とシャンク部とを備え、刃先部２は、図９に示すように、その先端から基端側に向けて回転軸線Ｏ周りにねじれる１条の切屑排出溝３が設けられており、なおかつ切屑排出溝３のねじれ角γを刃先部２の先端から基端側に向かうにしたがい連続的に大きくさせて、切り屑の排出処理を向上させる点に特徴がある。
【０００５】
また、刃先部２の断面において、図１０に示すように、刃先部２の切屑排出溝３を除く外周面はマージン４によって構成されており、被削材の穿孔の際には、このマージン４が加工穴の内壁面と接触してドリルの直進性を得ることになる。このような構成とされた従来の小型ドリル１では、切屑排出溝３が１条のみであるため、刃先部２の芯厚ｄを薄くすることがなく、剛性を高く保つことができ、穴位置精度を向上させることが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被削材の穿孔の際に発生する切り屑が、切屑排出溝３によって刃先部２の基端側にうまく運ばれずにマージン４とマージン４が接触している加工穴の内壁面との間に入り込んでしまうことがあり、この切り屑がそのまま加工穴の内壁面に付着したり、あるいは、切り屑が内壁を擦ってしまうことにより、加工穴の内壁面粗さを低下させるといった問題がしばしば起こっている。
このような現象は、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以上となるような小径深穴加工の場合により発生しやすく、大きな問題となっていた。
【０００７】
とくに被削材としてプリント基板を穿孔する場合などでは、加工穴の内壁面にスミアと呼ばれる付着物が発生し、穿孔後の加工穴にスミアが残っているとその後のメッキ処理工程などで問題となるため、スミアを機械的に除去する工程が必要となってくる。これにより、スミアが加工穴の内壁面粗さを低下させるだけでなく、製品の歩留まり低下の大きな原因となっていた。
【０００８】
さらに、上述した１条の切屑排出溝３を備えた小型ドリル１では、ドリル剛性が高いために、穿孔の際の小型ドリル１の送り速度を高めて高能率の加工を行うことが可能になるが、送り速度を高める弊害として、加工穴にバリが発生したり、内壁面粗さが低下するといった問題があり、高能率及び高精度の加工の両方を同時に達成することは難しかった。
【０００９】
また、昨今では、高能率加工を達成するための手段として、穴明け加工が終了した後の小型ドリル１の引き抜き速度を高めて、穴明け加工速度を高めることが行われるが、小型ドリル１の引き抜き（図９に示す白抜き矢印方向が小型ドリル１の引き抜き方向である。）の際には、図９及び図１０に示すように、切屑排出溝３とマージン４とが交差する２本の稜線のうち、切屑排出溝３のドリル回転方向Ｔ前方側を向く壁面に連なる稜線３Ａが、小型ドリル１の回転軸線Ｏ周りの回転により回転方向Ｔと逆向きに発生する応力Ｐ１と、小型ドリル１の引き抜きに対して引き抜き方向と逆向きに発生する応力Ｐ２との合成応力Ｐを受けることになる。このため、小型ドリル１の引き抜き速度を高めると、切屑排出溝３とマージン４との交差稜線３Ａにかかる合成応力Ｐが大きくなってしまい、刃先部２が折損するという問題がしばしば発生している。とくに、このような傾向はねじれ角γが大きい小型ドリル１に顕著に現れる。
【００１０】
本発明は、上述のような課題に鑑みて、加工穴の内壁面粗さを向上でき、穴位置精度が高く、さらに、ドリル引き抜き時の刃先部の折損を防止できるドリルを提供することを目的とする。
【００１１】
【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、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切屑排出溝が形成され、該切屑排出溝の回転方向を向く壁面の先端側領域をすくい面とし、該すくい面と先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたドリルにおいて、前記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切屑排出溝と逆向きにねじれる仕上げ刃付き溝が形成され、前記仕上げ刃付き溝は、前記切屑排出溝が前記刃先部の周面を１回転周回する長さより長く形成されている、または前記切屑排出溝が前記刃先部の周面を１回転半周回する長さとなる位置まで形成されていることを特徴とする。
このような構成とすると、加工穴の内壁面を擦るマージンが形成されている部分に仕上げ刃付き溝が形成されることになるため、マージンと加工穴の内壁面との間に入り込んだ切り屑を仕上げ刃付き溝によって除去して排出するとともに、その加工穴の内壁面を仕上げ刃により再度切削して仕上げ加工することができ、穴内壁面精度を向上させることができる。
さらに、仕上げ刃付き溝が切屑排出溝と逆向きにねじれて形成されているため、穴明け加工後のドリル引き抜き時において、仕上げ刃付き溝とマージンとの交差稜線の受ける応力が、切屑排出溝とマージンとの交差稜線が受ける応力を緩和させるように働き、引き抜き速度を高めたときに発生する刃先部の折損事故を防止することができる。
また、仕上げ刃付き溝を、切屑排出溝が刃先部の周面を１回転周回する長さより長く形成し、または切屑排出溝が刃先部の周面を１回転半周回する長さとなる位置まで形成することで、加工穴の内壁面を仕上げ加工するのに十分な長さの仕上げ刃付き溝を得ることができる。
ここで、仕上げ刃付き溝の形成されている長さが、切屑排出溝が刃先部の周面を１回転周回する長さより短かったり、１回転半周回する長さとなる位置まで形成されていなかったりすると、削り残しが発生しやすくなり、加工穴の内壁面精度を向上させる効果が得られない。
【００１２】
また、前記刃先部の周面に形成される切屑排出溝が１条のみであることを特徴とする。
このような構成とすると、刃先部の２条の切屑排出溝が設けられた従来のドリルに比べて芯厚を厚くとることができ、高いドリル剛性を得ることができる。
【００１３】
また、前記仕上げ刃付き溝のねじれ角βが−８０°≦β≦−１０°の範囲に設定されることを特徴とする。
このような構成とすると、ドリル引き抜き時に、仕上げ刃付き溝とマージンとの交差稜線にかかる応力を、切屑排出溝とマージンとの交差稜線にかかる応力と相殺させて緩和するのに好適な向きに発生させることができる。
ここで、仕上げ刃付き溝のねじれ角βが−８０°より小さい、あるいは−１０°より大きいと、仕上げ刃付き溝とマージンとの交差稜線にかかる応力を、切屑排出溝とマージンとの交差稜線にかかる応力と相殺させて十分に緩和するような向きに発生させることができず、刃先部の折損防止効果が得られない。
【００１５】
また、前記仕上げ刃付き溝の仕上げ刃がなす刃物角θが８０゜≦θ≦１２０゜の範囲に設定されていることを特徴とする。
このような構成としたことにより、仕上げ刃の耐欠損性を確保するとともに、良好な切れ味を確保することができる。
ここで、仕上げ刃付き溝の仕上げ刃がなす刃物角θが８０゜より小さくなると、仕上げ刃にかかる切削抵抗が大きくなって欠損しやすくなり、一方、刃物角θが１２０゜より大きくなると、仕上げ刃の切れ味が低下して、加工穴の内壁面精度を向上させるという効果が得られなくなってしまう。
【００１６】
また、前記刃先部の断面に内接する最大の円の直径ｄが前記刃先部の最大外径Ｄに対してなす割合ｄ／Ｄ（以下、芯厚比率と称する。）が６０％以上であることを特徴とする。
このような構成とすると、刃先部の芯厚を十分に確保して、ドリル剛性を高く保つことができ、さらに、仕上げ刃付き溝の大きさを必要以上に大きくすることがない。
ここで、芯厚比率ｄ／Ｄが６０％より小さいと、刃先部の芯厚が薄くなってしまい、十分なドリル剛性を保つことができなくなってしまう。
【００１７】
また、前記仕上げ刃付き溝の溝深さａが前記刃先部の最大外径Ｄに対してなす割合ａ／Ｄ（以下、溝深さ比率と称する。）が５％以上とされるとともに、前記仕上げ刃付き溝の溝幅ｂが前記刃先部の最大外径Ｄに対してなす割合ｂ／Ｄ（以下、溝幅比率と称する。）が１０％以上とされることを特徴とする。
このような構成としたことにより、マージンと加工穴の内壁面との間に入り込み、仕上げ刃付き溝により除去される切り屑、あるいは仕上げ刃の仕上げ加工により発生する切り屑を逃がすのに十分なスペースを確保できる。
なお、溝深さ比率ａ／Ｄが５％より小さく設定されたり、溝幅比率ｂ／Ｄが１０％より小さく設定されていると、仕上げ刃付き溝のスペースを十分に確保することができず、仕上げ刃付き溝による切り屑の除去効率が悪化する。
【００１８】
また、前記刃先部の最大外径Ｄが１ｍｍ以下、かつ前記刃先部の有効刃長Ｌと前記刃先部の最大外径Ｄとの比Ｌ／Ｄが５以上であることを特徴とする。
このような構成としたことにより、とくに、穴位置精度の低下や穴内壁面精度の低下といった問題が発生しやすい小径深穴の孔部を穿孔する際に本発明を有効に活用できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の第一実施形態による小型ドリルの刃先部の側面図、図２は同小型ドリルの刃先部の断面図、図３は図２における要部拡大図、図４は図３における要部拡大図、図５は同小型ドリルの刃先部の断面についての説明図である。
【００２０】
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、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。すなわち、刃先部１１の外径Ｄは最大外径Ｄとされる。
【００２１】
また、刃先部１１にはその先端から基端側に向けて、回転軸線Ｏを中心に螺旋状に一定のねじれ角αでねじれて、外周面に開口する１条の切屑排出溝１２が設けられている。この切屑排出溝１２は、刃先部１１の先端から基端に亘って外周面を約３回転半周回するように形成されており、なおかつ、一定の溝深さおよび溝幅をもつものである。これにより、刃先部１１の断面に内接する最大の円の直径ｄ（いわゆる刃先部１１の芯厚ｄ）が、刃先部１１の先端から基端まで一定とされている。
【００２２】
さらに、同じく刃先部１１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１条の仕上げ刃付き溝１３が螺旋状に切屑排出溝１２と逆向きに一定のねじれ角βでねじれて形成されている。このとき、切屑排出溝１２のねじれ角αを正の角とするならば、仕上げ刃付き溝１３のねじれ角βは負の角となって、−８０゜≦β≦−１０゜の範囲に設定されており、本第一実施形態においては、例えば、仕上げ刃付き溝１３のねじれ角βと切屑排出溝１２のねじれ角αの両者の絶対値が同一とされている（β＝−α）。
【００２３】
ここで、仕上げ刃付き溝１３は、図２に示すように、切屑排出溝１２よりドリル回転方向Ｔ後方側に位置し、回転軸線Ｏ側に向かって凹むような凹曲面をなす壁面１４によって凹溝状に形成されている。また、本第一実施形態において、仕上げ刃付き溝１３は刃先部１１の先端から基端まで形成されている、換言すれば、仕上げ刃付き溝１３は切屑排出溝１２が刃先部１１の外周面を約３回転半周回する長さとなる位置まで（切屑排出溝１２と同じ長さ）形成されている。
このとき、仕上げ刃付き溝１３は、切屑排出溝１２によって複数に分断されたようになっている。
【００２４】
また、図１に示すように、切屑排出溝１２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とし、このすくい面と刃先部１１の先端逃げ面１６との交差稜線部には切刃１７が形成されている。先端逃げ面１６は、切刃１７の回転方向Ｔのすぐ後方に位置する第一逃げ面１６ａと、第一逃げ面１６ａに連なって回転方向Ｔ後方側に位置する第二逃げ面１６ｂと、さらに、第二逃げ面１６ｂに連なって回転方向Ｔ後方側に位置する第三逃げ面１６ｃとで構成されている。
【００２５】
刃先部１１において、切屑排出溝１２及び仕上げ刃付き溝１３を除く外周面は、図２に示すように、マージン１８によって構成されているが、このマージン１８は、刃先部１１の外周面に開口する仕上げ刃付き溝１３が設けられていることにより２つに分断されている、換言すれば、刃先部１１の外周面において、従来マージン１８とされていた部分に仕上げ刃付き溝１３が形成されていることになる。さらに、マージン１８は、図１に示すように、切屑排出溝１２と同様に刃先部１１の先端から基端側に向けて小型ドリル１０の回転方向Ｔの後方側にねじれて螺旋状に形成されており、仕上げ刃付き溝１３により複数に分断されるものの刃先部１１の有効刃長Ｌ全長に亘って形成されている。
【００２６】
また、図２及び図３に示すように、仕上げ刃付き溝１３を形成する壁面１４のドリル回転方向Ｔ後方側領域に位置して回転方向Ｔを向く壁面をすくい面１４ａとし、このすくい面１４ａとマージン１８との交差稜線に仕上げ刃１５（切刃）が形成されている。また、仕上げ刃１５がなす刃物角θは８０°≦θ≦１２０°の範囲に設定され、本第一実施形態においては、例えばθ＝１００°に設定されている。
ここで、仕上げ刃１５の刃物角θとは、刃先部１１の断面視において、すくい面１４ａが、回転軸線Ｏを中心としマージン１８を円弧とする仮想の円上で、すくい面１４ａとマージン１８とが交差する点Ｘにおける接線Ａ方向となす角のことを示す。
【００２７】
また、仕上げ刃付き溝１３を構成する壁面１４の回転方向Ｔ前方側領域に位置する前方側壁面１４ｂは、図３に示すように、マージン１８となす角φ（刃先部１１の断面視において、前方側壁面１４ｂが、回転軸線Ｏを中心としマージン１８を円弧とする仮想の円上で前方側壁面１４ｂとマージン１８とが交差する点Ｙにおける接線Ｂ方向となす角）が、１２０°以上に設定されており、本第一実施形態においては、例えばφ＝１６０°に設定されている。
さらに、より詳しく言えば、図４に示した拡大断面図のように、マージン１８と前方側壁面１４ｂとの接続部分（すなわち、前方側壁面１４ｂとマージン１８とが交差する点Ｙ付近）がなめらかな凸曲面をなすように形成されている。なお、この接続部分は、滑らかに接続されていなくてもよいし、多段となるように形成されていてもよい。
【００２８】
また、仕上げ刃付き溝１３の溝深さａ（すなわち、図３における刃先部１１の断面視において、回転軸線Ｏを中心としマージン１８を円弧とする仮想の円と、この仮想の円と同心で仕上げ刃付き溝１３と接する円ｒとの径方向の距離）が刃先部１１の最大外径Ｄに対してなす割合ａ／Ｄ（溝深さ比率ａ／Ｄ）は５％以上とされており、さらに、仕上げ刃付き溝１３の溝幅ｂ（すなわち、図３における刃先部１１の断面視において、仕上げ刃付き溝１３を構成する壁面１４がマージン１８と交差する２点間を結んだ距離）が刃先部１１の最大外径Ｄに対してなす割合ｂ／Ｄ（溝幅比率ｂ／Ｄ）が１０％以上とされている。
【００２９】
また、刃先部１１の最大外径Ｄ（本第一実施形態においては、刃先部１１の断面視で、回転軸線Ｏを中心とし、マージン１８を円弧とする仮想の円の直径）が１ｍｍ以下、なおかつ、刃先部１１の有効刃長Ｌと最大外径Ｄとの比Ｌ／Ｄは５以上となるように刃先部１１が形成されている。
【００３０】
さらに、図２に示すように、刃先部１１の断面に内接する最大の円の直径ｄ（いわゆる、刃先部１１の芯厚ｄ）が、刃先部１１の最大外径Ｄに対してなす割合ｄ／Ｄ（芯厚比率ｄ／Ｄ）が６０％以上とされている。ここで、本第一実施形態においては、図２に示すように、マージン１８と切屑排出溝１２とに内接する円が最大の直径ｄをもち、その芯厚比率ｄ／Ｄは例えば６５％とされて、刃先部１１の先端から基端まで一定とされている。
【００３１】
このとき、芯厚比率ｄ／Ｄが６０％以上に設定されていることから、必然的に仕上げ刃付き溝１３の溝深さａが制限されることになり、この仕上げ刃付き溝１３が確保できるスペースは最大でも、図５に示すように、刃先部１１の断面に内接する最大の円（芯厚ｄを示す円）に接するような大きさとなる。このため、仕上げ刃付き溝１３は、切屑排出溝１２の大きさと比較して十分に小さいことになり、仕上げ刃付き溝１３がドリル剛性を不容易に低めてしまうことがない。
【００３２】
以上のような構成とされた小型ドリル１０は、その刃先部１１に１条の切屑排出溝１２と１条の仕上げ刃付き溝１３が形成されたものであるが、仕上げ刃付き溝１３が確保するスペースは、切屑排出溝１２が確保するスペースよりも十分に小さいために、刃先部１１の芯厚を十分に確保できることとなり、従来の２条の切屑排出溝が設けられた小型ドリルと比較して、圧倒的にドリル剛性が高い。
【００３３】
しかも、加工穴の内壁面を擦るマージン１８に仕上げ刃付き溝１３が形成されているため、被削材の穿孔の際に、マージン１８と加工穴の内壁面との間に入り込んだ切り屑を仕上げ刃付き溝１３によって除去して排出するとともに、その加工穴の内壁面を仕上げ刃１５により再度切削して仕上げ加工することができ、穴内壁面精度を向上させることができる。
【００３４】
また、ドリル剛性を高く保つことができるために、被削材の穿孔の際に小型ドリル１０の送り速度を高めても、穴曲がりや刃先部１１の折損が生じることがなく、高能率の穴明け加工を行うことが可能になるとともに、高送りにした弊害として生じる加工穴におけるバリの発生や内壁面粗さの低下という問題に対しても、上記の仕上げ刃付き溝１３の仕上げ刃１５によって加工穴の内壁面を再度切削することで、このような問題点を解消できる。
その結果、加工穴の内壁面粗さを良好に維持しながら従来の２条の切屑排出溝が形成された小型ドリルよりも高能率の穴明け加工を行うことができる。
【００３５】
また、被削材に穴明け加工を施した後の小型ドリル１０の引き抜き時には、図６に示す刃先部１１の拡大側面図のように、切屑排出溝１２とマージン１８とが交差して形成される２本の稜線のうちで、切屑排出溝１２のドリル回転方向Ｔ前方側に向く壁面に連なる稜線１２Ａが、小型ドリル１０の回転軸線Ｏ周りの回転により回転方向Ｔと逆向きに受ける応力Ｐ１と、ドリル引き抜き方向（図６に示す白抜き矢印方向）と逆向きに受ける応力Ｐ２との合成応力Ｐを受けることになる。
【００３６】
同じく、ドリル引き抜き時には、仕上げ刃付き溝１３とマージン１８とが交差して形成される２本の稜線にも応力がかかることになるが、この２本の稜線のうち、図６の刃先部１１の拡大側面図において、切屑排出溝１２の回転方向Ｔ後方側に近い稜線１３Ａ（すなわち、仕上げ刃付き溝１３の仕上げ刃１５ではない方の稜線１３Ａ）には、通常、小型ドリル１０の引き抜き速度よりも回転速度の方がはるかに高いために応力がほとんどかからず、これに対し、図６の拡大側面図において、切屑排出溝１２の回転方向Ｔを向く壁面に連なる稜線、すなわち、仕上げ刃付き溝１３の仕上げ刃１５には、小型ドリル１０の回転軸線Ｏ周りの回転による応力を主とした合成応力Ｑが、仕上げ刃１５の延材する方向と略直交する方向（仕上げ刃付き溝１３のねじれに対して約９０゜異なる方向）からかかることなる。
【００３７】
この仕上げ刃１５が受ける合成応力Ｑが、切屑排出溝１２とマージン１８との交差稜線１２Ａにかかる合成応力Ｐを打ち消すように働き、ドリル引き抜き時に刃先部１１にかかる負荷を緩和させることができる。
これにより、ドリル引き抜き速度を高めたとしても、刃先部１１の折損事故を防止することができ、穴明け加工速度が高まり、さらなる高能率加工を行うことが可能になる。
【００３８】
また、仕上げ刃付き溝１３は、従来の２本の切屑排出溝が設けられた小型ドリルに採用されても、加工穴の内壁面粗さの向上及びドリル引き抜き時の刃先部１１の折損事故防止という効果を奏するものであるが、ドリル剛性の問題を考慮すると、刃先部１１に１条の切屑排出溝１２が形成された小型ドリル１０に採用することで、高能率の穴明け加工と高精度の穴明け加工の両方が同時に達成できることとなる。
【００３９】
しかも、本第一実施形態による小型ドリル１０は、刃先部１１の最大外径Ｄが１ｍｍ以下、かつ刃先部１１の最大外径Ｄと有効刃長Ｌとの比Ｌ／Ｄが５以上であることから、とくに穴位置精度の低下や穴内壁面精度の低下といった問題が発生しやすい小径深穴の孔部を穿孔する際に本発明を有効に活用できる。
また、被削材としてプリント基板等に小径深穴の孔部を穿孔する場合のように、加工穴の内壁面にスミア等が付着して問題になる場合であっても、仕上げ刃付き溝１３によるスミアの除去、及び仕上げ刃１５による内壁面の仕上げ加工等ができることにより、加工穴の内壁面粗さを向上できる。このため、従来、問題とされていたスミアによる内壁面精度の低下を防ぐことができるだけでなく、スミアの除去工程が必要とならないために製品の歩留まりを高く保つことができる。
【００４０】
また、仕上げ刃付き溝１３のねじれ角βが−８０°≦β≦−１０°の範囲に設定されていることにより、仕上げ刃付き溝１３の仕上げ刃１５にかかる応力Ｑを、切屑排出溝１２とマージン１８との交差稜線１２Ａにかかる応力Ｐと緩和させるのに好適な向きに発生させることができ、小型ドリル１０の引き抜き時に刃先部１１にかかる負荷を低減して、刃先部１１の折損を防止する効果を十分に得ることができる。
ここで、仕上げ刃付き溝１３のねじれ角βが−８０°より小さい、あるいは−１０°より大きいと、仕上げ刃１５にかかる応力Ｑを、切屑排出溝１２とマージン１８との交差稜線１２Ａにかかる応力Ｐと緩和させるのに十分な向きに発生させることができず、刃先部１１の折損防止効果が得られない。
なお、仕上げ刃付き溝１３のねじれ角βは、上述した効果をより確かなものとするために、−７０°≦β≦−２０°の範囲に設定されるのが好ましい。
【００４１】
また、仕上げ刃付き溝１３は、切屑排出溝１２が刃先部１１を１回転周回する長さより長く形成されていることにより、加工穴の内壁面を仕上げ加工するのに十分な長さの仕上げ刃１５を形成できて、加工穴の内壁面の安定した仕上げ加工を行うことができる。
ここで、仕上げ刃付き溝１３の形成されている長さが、切屑排出溝１２が刃先部１１の外周面を１回転周回する長さより短いと、削り残しが発生しやすくなり、加工穴の内壁面精度を向上させる効果が十分に得られない。
【００４２】
また、仕上げ刃付き溝１３の仕上げ刃１５がなす刃物角θが８０゜≦θ≦１２０゜の範囲に設定されていることにより、仕上げ刃１５の耐欠損性を確保するとともに、良好な切れ味を確保することができる。
ここで、仕上げ刃１５がなす刃物角θが８０゜より小さくなると、仕上げ刃１５にかかる切削抵抗が大きくなって欠損しやすくなり、一方、刃物角θが１２０゜より大きくなると、仕上げ刃１５の切れ味が低下して、加工穴の内壁面を仕上げ加工して面粗さを良好にするという効果が得られなくなってしまう。
なお、仕上げ刃１５がなす刃物角θは、上述した効果をより確かなものとするために、８０°≦θ≦９０°の範囲に設定されるのが好ましい。
【００４３】
また、芯厚比率ｄ／Ｄが刃先部１１の全長に亘って６０％以上とされていることから、刃先部１１の芯厚を十分に確保でき、ドリル剛性を高く保つことができるとともに、仕上げ刃付き溝１３が形成される空間を必要以上に大きくすることがない。
ここで、芯厚比率ｄ／Ｄが６０％より小さいと、刃先部１１の芯厚が薄くなってしまい、十分なドリル剛性を保つことができなくなってしまう。
【００４４】
また、溝深さ比率ａ／Ｄが５％以上とされるとともに、溝幅比率ｂ／Ｄとが１０％以上であることにより、マージン１８と加工穴の内壁面との間に入り込んでしまい仕上げ刃付き溝１３により除去される切り屑や仕上げ刃１５による切削で生じる切り屑を逃がすのに十分なスペースを確保できる。
なお、溝深さ比率ａ／Ｄが５％より小さく設定されたり、溝幅比率ｂ／Ｄが１０％より小さく設定されていると、マージン１８と加工穴の内壁面との間に入り込んだ切り屑や仕上げ刃１５による切削で生じる切り屑を逃がすための仕上げ刃付き溝１３のスペースを十分に確保することができなくなってしまう。
【００４５】
なお、第一実施形態においては、刃先部１１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小型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小型ドリルでもよい。この場合、刃先部１１の先端側部分の外径が最大外径Ｄとなる。
【００４６】
また、以上説明した第一実施形態のようなストレートタイプの小型ドリル１０に限らず、刃先部１１の先端部分のみが一段拡径したようなアンダーカットタイプのドリルでもよく、このような場合の小型ドリルを本発明の第二実施形態として説明する。
なお、第二実施形態は、刃先部１１の形状と、刃先部１１の外周面（マージン１８）に形成された仕上げ刃付き溝１３の構成のみが異なるものであり、上述した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。
【００４７】
まず、図７に本発明の第二実施形態による小型ドリルの刃先部の側面図を示す。
第二実施形態による小型ドリル２０は、図７に示すように、刃先部１１が、その先端部分に位置する第一刃先部１１Ａと、第一刃先部１１Ａの後端側に位置し、第一刃先部１１Ａの外径Ｄより小さい外径をもつ第二刃先部１１Ｂとから構成されるようなアンダーカットタイプとされている。このとき、第一刃先部１１Ａの外径Ｄが、刃先部１１の最大外径Ｄとなり、加工穴の内壁面を擦るマージン１８は第一刃先部１１Ａの外周面に形成されていることになる。
なお、切屑排出溝１２は、刃先部１１の先端から基端まで一定のねじれ角αで形成されて刃先部１１の外周面を約３回転半周回しており、刃先部１１において、その先端から切屑排出溝１２が刃先部１１の外周面を約１回転半周回する長さとなる位置までが第一刃先部１１Ａとされている。
【００４８】
この第二実施形態による小型ドリル２０は、図７に示すように、刃先部１１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１条の仕上げ刃付き溝１３が螺旋状に切屑排出溝１２と逆向きに一定のねじれ角β（−８０゜≦β≦−１０゜）でねじれて形成されている。また、本第二実施形態においては、例えば、仕上げ刃付き溝１３のねじれ角βと切屑排出溝１２のねじれ角αの両者の絶対値が同一とされて（β＝−α）、第一刃先部１１Ａの全長に亘って形成されている、換言すれば、切屑排出溝１２が刃先部１１の外周面を約１回転半周回する長さとなる位置まで形成されている。
【００４９】
上記のようなアンダーカットタイプとされた第二実施形態による小型ドリル２０では、刃先部１１に形成される仕上げ刃付き溝１３が、切屑排出溝１２が刃先部１１の外周面を１回転周回する長さより長く、かつ第一刃先部１１Ａの全長に亘って形成されているため、仕上げ刃付き溝１３の形成される長さを必要十分に確保でき、仕上げ刃付き溝１３によってもたらされる効果を何の遜色もなく奏するものであり、上述した本発明の第一実施形態による小型ドリルと同様の効果を奏する。しかも、刃先部１１の基端側部分に、その外径が一段縮径した第二刃先部１１Ｂが形成されていることにより多少のドリル剛性は失うものの、加工穴の内壁面に接触するマージン１８の面積が減少することになって、加工穴の内壁面精度をより向上させることが可能になる。
【００５０】
なお、アンダーカットタイプとされる小型ドリルでは、仕上げ刃付き溝１３が刃先部１１の全長に亘って形成されていてもよいが、第一刃先部１１Ａ（マージン１８が形成されている部分）に形成されていれば十分であり、仕上げ刃付き溝１３が、第二刃先部１１Ｂの基端まで形成されている必要はない。
【００５１】
なお、本実施形態においては、刃先部１１の切屑排出溝１２及び仕上げ刃付き溝１３を除く外周面はマージン１８のみで構成されているが、これに限定されることなく、例えば、図８に示すように、刃先部１１の切屑排出溝１２及び仕上げ刃付き溝１３を除く外周面が、マージン１８とマージン１８のドリル回転方向Ｔ後方側に位置して一定の２番取り深さｃをもつ２番取り面１９とで構成されていてもよい。
【００５２】
また、さらに、刃先部１１の切屑排出溝１２及び仕上げ刃付き溝１３を除く外周面がマージン１８と２番取り面１９とで構成され、このマージン１８が２番取り面１９によって例えば２つに分断されていて、２つに分断されたマージン１８のうち、少なくとも一方のマージン１８に、仕上げ刃付き溝１３が形成されるようにしてもよい。
【００５３】
なお、本実施形態においては、刃先部１１の外周面に設けられる仕上げ刃付き溝１３が１条のみとされているが、これに限定されることなく、複数の仕上げ刃付き溝１３が設けられていてもよい。
さらに、この仕上げ刃付き溝１３のねじれ角βを、刃先部１１の基端側に向かうにしたがい連続的に変化させてもよい。例えば、ねじれ角βを刃先部１１の基端側に向かうにしがたい連続的に大きくさせたり、あるいは連続的に小さくしたりしてもよい。
【００５４】
また、本実施形態においては、芯厚比率ｄ／Ｄが刃先部の先端から基端まで一定とされているが、これに限定されることなく、芯厚比率ｄ／Ｄを刃先部１１の先端から基端側に向かうにしたがい、徐々に大きくさせてもよい。
また、本実施形態においては、刃先部１１の周面に設けられる切屑排出溝１２が１条のみとされているが、これに限定されることなく刃先部に２条以上の切屑排出溝１２が設けられていてもよい。
【００５５】
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のねじれ角αを刃先部１１の先端から基端まで一定としたが、そのねじれ角α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。
さらに、本実施形態においては、刃先部の最大外径Ｄが１ｍｍ以下、かつ有効刃長Ｌと最大外径Ｄとの比Ｌ／Ｄが５以上となるような小型ドリルについて説明したが、この範囲に限定されることなく、これより大きい最大外径Ｄをもつドリルや、Ｌ／Ｄが５より小さいドリルでも構わない。
【００５６】
【実施例】
本発明の一例による小型ドリルを実施例１〜２１とし、これに加えて各種の構成を有する小型ドリル（比較例１，２及び従来例１〜８）を用いて被削材の穴明け試験を行った。
【００５７】
実施例１〜２１，比較例１，２は、その刃先部１１に１条の切屑排出溝１２が形成され、さらに、１条の仕上げ刃付き溝１３が、切屑排出溝１２と逆向きにねじれて刃先部１１の先端から基端まで形成されているが、実施例１〜２１は、刃先部１１の芯厚比率ｄ／Ｄ及び仕上げ刃付き溝１３の仕上げ刃１５がなす刃物角θが本発明の範囲（６０％≦ｄ／Ｄ、８０゜≦θ≦１２０゜）に設定されたものであり、比較例１，２は、仕上げ刃付き溝１３の仕上げ刃１５がなす刃物角θが本発明の範囲よりも大きく設定されたものである。
さらに、従来例１〜６は、その刃先部１１に１条の切屑排出溝１２が形成されているが、仕上げ刃付き溝１３が形成されていないものであり、従来例７，８は、その刃先部１１に２条の切屑排出溝１２が形成されているのに加え、仕上げ刃付き溝１３が形成されていないものである。
【００５８】
なお、実施例１〜２１、比較例１，２及び従来例７，８は、その切屑排出溝１２のねじれ角αが刃先部１１の先端から基端まで一定の４０゜、さらに、実施例１〜２１、比較例１，２においては仕上げ刃付き溝１３のねじれ角βが刃先部１１の先端から基端まで一定の−４０゜とされており、これに対し、従来例１〜６は、その切屑排出溝３のねじれ角γが刃先部２の先端で３０゜とされ、基端側に向かうにしたがい、ねじれ角γが連続的に大きくなり基端側部分で６０゜とされている。
【００５９】
以上のような小型ドリル（実施例１〜２１、比較例１，２及び従来例１〜８）を用いて、２種類の穴明け試験（内壁面精度と穴位置精度を評価する試験と、耐折損性を評価する試験）を行い、得られた結果から各小型ドリルの性能を検討した。
まず、実施例１〜１３、比較例１，２、従来例１〜３，７を用いて行った内壁面精度と穴位置精度を評価する穴明け試験の試験条件と結果を表１に示す。
【表１】
本実施例１〜１３、比較例１，２及び従来例１〜３，７は共通して、刃先部１１の外径Ｄが該刃先部１１の先端から基端まで一定の０．１５ｍｍであるストレートタイプで、有効刃長Ｌが２．５ｍｍである（Ｌ／Ｄ＝１６．７）。さらに、実施例１〜１４、比較例１，２の刃先部１１に形成された仕上げ刃付き溝１３は、その溝深さａが１０μｍ（溝深さ比率ａ／Ｄが１０％）、溝幅ｂが２０μｍ（溝幅比率ｂ／Ｄが２０％）とされている。
【００６１】
上記のような構成の小型ドリル（実施例１〜１３、比較例１，２及び従来例１〜３，７）を用い、被削材とされる基板（厚み０．２ｍｍのＢＴレジンの両面板を５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）をつけて、穴明け試験を行った。ドリルの回転数は１６００００ｍｉｎ-1（ｒｐｍ）、送り速度は１２．５μｍ／rev.としてステップ送りはせず、ドリル引き抜き速度は５ｍ／ｍｉｎ（引き抜き時に刃先部の折損が生じにくい程度の低い条件）で被削材の穴明け加工を行い、７０００穴を加工した後の加工穴の内壁の最大面粗さと、６９０１〜７０００穴目の１００穴の平均穴位置精度（重ねた基板において最下層に位置する基板のねらい穴位置に対する各穴位置のずれの平均値）を測定した。
【００６２】
表１に示すように、本発明の一例である実施例１〜１３では穿孔した加工穴の内壁面粗さがどれも１３μｍより小さい値に収まり、なおかつ、平均穴位置精度がどれも３８μｍより小さい値となり、加工穴の内壁面精度及び平均穴位置精度が良好であるという結果が得られた。
【００６３】
また、仕上げ刃付き溝１３の仕上げ刃１５の刃物角θが１３５゜及び１４０゜とされ、本発明の範囲よりも大きく設定されている比較例１，２では、平均穴位置精度はそれぞれ４０μｍ、３３μｍと良好な値が得られたが、仕上げ刃１５の刃物角θが大きくて切れ味が悪いために、加工穴の内壁面を良好に仕上げ加工することができず、内壁面粗さが２３μｍ，２２μｍとなって、本発明の一例である実施例１〜１７と比較して、内壁面粗さが劣るという結果が得られた。
【００６４】
さらに、刃先部１１に仕上げ刃付き溝１３が形成されていない従来例１〜３では、平均穴位置精度はどれも４２μｍ以下となり良好であったものの、仕上げ刃１５による仕上げ加工ができないので、内壁面粗さがどれも３０μｍ程度となり、実施例１〜１３と比較して、良好な内壁面粗さを得ることができなかった。
さらに、刃先部１１に２条の切屑排出溝が設けられ、仕上げ刃付き溝１３が形成されていない従来例７では、芯厚が薄く剛性を高く保つことができないので、平均穴位置精度が７２μｍと非常に悪く、さらに、内壁面粗さも２８μｍとなって良い結果が得られなかった。
【００６５】
次に、実施例１４〜２１、従来例４〜６，８を用いて行った耐折損性を評価する穴明け試験の試験条件と結果を表２に示す。
【表２】
本実施例１４〜２１、従来例４〜６，８は共通して、刃先部１１の外径Ｄが該刃先部１１の先端から基端まで一定の０．１５ｍｍであるストレートタイプで、有効刃長Ｌが２．０ｍｍである（Ｌ／Ｄ＝１３．３）。さらに、実施例１４〜２１の刃先部１１に形成された仕上げ刃付き溝１３は、その溝深さａが１０μｍ（溝深さ比率ａ／Ｄが１０％）、溝幅ｂが２０μｍ（溝幅比率ｂ／Ｄが２０％）とされている。
【００６７】
上記のような構成の小型ドリル（実施例１４〜２１、従来例４〜６，８）を１０本ずつ用い、被削材とされる基板（厚み０．２ｍｍのＢＴレジンの両面板を７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）をつけて、穴明け試験を行った。ドリルの回転数は１６００００ｍｉｎ-1（ｒｐｍ）、送り速度は２０μｍ／rev.としてステップ送りはせず、ドリル引き抜き速度は２５ｍ／ｍiｎで被削材の穴明け加工を行い、４０００穴を加工するまでに刃先部の折損が生じた小型ドリルの本数を測定した。
【００６８】
表２に示すように、本発明の一例である実施例１４〜２１は、それらの折損発生本数が、実施例１４と実施例１７がそれぞれ１本のみ、その他は０本となり、引き抜き時に刃先部１１にかかる負荷を仕上げ刃付き溝１３によって効果的に緩和できており、ドリル引き抜き時における耐折損性が非常に優れていることが分かる。
【００６９】
また、従来例４〜６は、仕上げ刃付き溝１３が形成されていないために本実施例ほどの耐折損性を得ることができず、それぞれ折損発生本数が５，６，４本となり、実施例１４〜２１と比較して耐折損性が劣るということが分かる。
さらに、刃先部１１に２条の切屑排出溝１２が設けられた従来例８に至っては、２条の切屑排出溝１２により芯厚が薄くなって、刃先部１１の強度が得られず、１０本中１０本が折損したという結果になり、全く耐折損性を有しなかった。
【００７０】
以上、表１及び表２に示した試験結果をまとめると、以下の表３のようになる。
【表３】
表３に示したように、本発明による実施例は、仕上げ刃１５の刃物角θが本発明の範囲よりも外れている比較例や、刃先部１１に１条の切屑排出溝が設けられているが仕上げ刃付き溝１３が形成されていない従来例、及び２条の切屑排出溝を有する従来例と比較して、加工穴の内壁面精度及び穴位置精度が良好であり、しかもドリル引き抜き時の耐折損性も確保できるという結果が得られた。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のドリルによれば、切屑排出溝とは別に、刃先部の周面のマージンとされる部分に、切屑排出溝と逆向きにねじれる仕上げ刃付き溝を形成しているから、マージンと加工穴の内壁面との間に入り込んだ切り屑を仕上げ刃付き溝によって除去して排出するとともに、その加工穴の内壁面を仕上げ刃により再度切削することができ、穴内壁面精度を向上させることができる。
さらに、仕上げ刃付き溝が切屑排出溝と逆向きにねじれて形成されていることから、ドリル引き抜き時に、仕上げ刃付き溝とマージンとの交差稜線部分が受ける応力が、切屑排出溝とマージンとの交差稜線部分が受ける応力を緩和するように働き、ドリル引き抜き速度を高めても、刃先部の折損事故を防止することができて、高能率の加工が可能となる。
また、仕上げ刃付き溝を、切屑排出溝が刃先部を１回転周回する長さより長く、または切屑排出溝が刃先部の周面を１回転半周回する長さとなる位置まで形成することにより、加工穴の内壁面を仕上げ加工するのに十分な長さの仕上げ刃を確保することができる。
【００７３】
また、刃先部に設けられる切屑排出溝が１条のみであるから、芯厚を薄くすることなく高いドリル剛性を得られて穴位置精度を向上させることができる。さらに、高いドリル合成を得られることから、被削材の穿孔の際のドリルの送り速度を高めて高能率加工を行うことができるとともに、送り速度を高めた弊害として発生する加工穴のバリや内壁面精度の低下といった問題を、仕上げ刃付き溝の仕上げ刃によって解決することができ、高能率加工及び高精度加工の両方を同時に達成することが可能になる。
【００７４】
また、仕上げ刃付き溝のねじれ角βが−８０゜≦β≦−１０゜の範囲に設定されているから、仕上げ刃付き溝とマージンとの交差稜線にかかる応力を、切屑排出溝とマージンとの交差稜線にかかる応力と緩和させるのに好適な向きに発生させることができて、ドリル引き抜き時に刃先部の折損を防止する効果が得られる。これにより、ドリル引き抜き速度を高めることが可能になり、穴明け加工速度が高まり高能率の加工を行うことができる。
【００７５】
また、仕上げ刃付き溝の仕上げ刃がなす刃物角θが８０゜≦θ≦１２０゜の範囲に設定されていることにより、仕上げ刃の耐欠損性及び切れ味を確保することができる。
【００７６】
また、芯厚比率ｄ／Ｄが６０％以上であることを特徴とすることにより、刃先部の芯厚を十分に確保でき、ドリル剛性を高く保つことができるとともに、仕上げ刃付き溝が形成する空間を必要以上に大きくすることがない。
また、溝深さ比率ａ／Ｄが５％以上とされるとともに、溝幅比率ｂ／Ｄが１０％以上であることにより、マージンと加工穴の内壁面との間に入り込み、仕上げ刃付き溝により除去される切り屑や仕上げ刃による切削で生じる切り屑を逃がすのに十分なスペースを確保できる。
【００７７】
また、刃先部の最大外径Ｄが１ｍｍ以下、かつ刃先部の最大外径Ｄと有効刃長Ｌとの比Ｌ／Ｄが５以上であることを特徴とすることにより、とくに穴位置精度の低下や内壁面精度の低下といった問題が発生しやすい小径深穴の孔部を穿孔する際に本発明を有効に活用できる。さらに、プリント基板等に小径深穴の孔部を穿孔する際に問題となるスミアを効果的に除去して内壁面精度を良好に保つとともに、スミアの除去工程が必要でなくなり生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一実施形態による小型ドリルの刃先部を示す側面図である。
【図２】 本発明の第一実施形態による小型ドリルの刃先部の断面図である。
【図３】 図２における要部拡大図である。
【図４】 図３における要部拡大図である。
【図５】 本発明の第一実施形態による小型ドリルの刃先部の断面を示す説明図である。
【図６】 本発明の第一実施形態による小型ドリルを引き抜くときに刃先部にかかる力を説明する刃先部の拡大側面図である。
【図７】 本発明の第二実施形態による小型ドリルの刃先部を示す側面図である。
【図８】 本発明の実施形態による小型ドリルの刃先部の断面を示す説明図である。
【図９】 従来の小型ドリルの刃先部を示す側面図である。
【図１０】 図９における小型ドリルの刃先部の断面図である。
【符号の説明】
１０，２０ 小型ドリル
１１ 刃先部
１２ 切屑排出溝
１３ 仕上げ刃付き溝
１４ 壁面
１５ 仕上げ刃
１６ 先端逃げ面
１７ 切刃
１８ マージン
ａ 溝深さ
ｂ 溝幅
ｄ 刃先部の断面に内接する最大の円の直径
Ｄ 刃先部の最大外径
Ｌ 有効刃長
Ｐ 応力
Ｑ 応力
Ｔ 回転方向
α ねじれ角
β ねじれ角
θ 刃物角
Claims (8)
- 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切屑排出溝が形成され、該切屑排出溝の回転方向を向く壁面の先端側領域をすくい面とし、該すくい面と先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたドリルにおいて、
前記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切屑排出溝と逆向きにねじれる仕上げ刃付き溝が形成され、
前記仕上げ刃付き溝は、前記切屑排出溝が前記刃先部の周面を１回転周回する長さより長く形成されていることを特徴とするドリル。 - 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切屑排出溝が形成され、該切屑排出溝の回転方向を向く壁面の先端側領域をすくい面とし、該すくい面と先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたドリルにおいて、
前記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切屑排出溝と逆向きにねじれる仕上げ刃付き溝が形成され、
前記仕上げ刃付き溝は、前記切屑排出溝が前記刃先部の周面を１回転半周回する長さとなる位置まで形成されていることを特徴とするドリル。 - 請求項１または請求項２に記載のドリルにおいて、
前記刃先部の周面に形成される切屑排出溝が１条のみであることを特徴とするドリル。 - 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のドリルにおいて、
前記仕上げ刃付き溝のねじれ角βが−８０゜≦β≦−１０゜の範囲に設定されていることを特徴とするドリル。 - 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のドリルにおいて、
前記仕上げ刃付き溝の仕上げ刃がなす刃物角θが８０゜≦θ≦１２０゜の範囲に設定されることを特徴とするドリル。 - 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のドリルにおいて、
前記刃先部の断面に内接する最大の円の直径ｄが前記刃先部の最大外径Ｄに対してなす割合ｄ／Ｄが６０％以上とされることを特徴とするドリル。 - 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のドリルにおいて、
前記仕上げ刃付き溝の溝深さａが前記刃先部の最大外径Ｄに対してなす割合ａ／Ｄが５％以上とされるとともに、
前記仕上げ刃付き溝の溝幅ｂが前記刃先部の最大外径Ｄに対してなす割合ｂ／Ｄが１０％以上とされることを特徴とするドリル。 - 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のドリルにおいて、
前記刃先部の最大外径Ｄが１ｍｍ以下、かつ前記刃先部の有効刃長Ｌと前記刃先部の最大外径Ｄとの比Ｌ／Ｄが５以上であることを特徴とするドリル。
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