JP4415485B2 - 小型ドリル - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてプリント基板に小径深穴の孔部を穿設するのに用いられる小型ドリル等の切削工具に関する。
【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。
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、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する。それらを解決する方法の一つにステップ送りがあるが、穴明け速度が極端に低下して生産性が大幅に低下する。
【０００３】
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はこの小型ドリルの側面図、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１０は、刃先部１とシャンク部とを備えており、刃先部１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２が設けられており、なおかつ切屑排出溝２のねじれ角γを刃先部１の先端から基端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。また、刃先部１の断面図において、図１０に示すように、刃先部１の外周面、すなわちランド３はマージン４と一定の二番取り深さａをもつ二番取り面５によって構成され、マージン４は小型ドリル１０の回転方向Ｔにおいて、切屑排出溝２のすぐ後方側に形成され、さらにマージン４の後方に続いて二番取り面５が形成されている。このような小型ドリル１０では、切屑排出溝２が１条のみであるため、刃先部１の芯厚を薄くすることがなく、剛性を高く保つことができ、前記のような問題はある程度解決される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、小型ドリル１０の剛性を高く保つために刃先部１の周面に設けられる切屑排出溝２を１条のみにしたため、切り屑を逃がすための空間が従来の２条の切屑排出溝が設けられた小型ドリルよりも小さくなり、切り屑の排出性能が悪くなって切り屑つまりが起こるといった切り屑排出不良が発生するようになる。
また、マージン４の回転方向Ｔ後方側に位置する二番取り面５は、その二番取り深さａがわずかであるために、切り屑を逃がすのに十分な大きさをもつ空間が形成されておらず、切り屑を逃がす役割は果たさない。
その結果、特に穴径が０．５ｍｍ以下、かつ穴深さと穴径との比が１０以上となるような極小径深穴加工になると、切り屑排出不良が頻繁に発生するようになり、昨今のより小径、より深穴の要求には十分応えられない。
【０００５】
本発明は、上述のような課題に鑑みて、ドリルの剛性を高く保ち、良好な切り屑排出性を得ることができ、穴位置精度の高い小径深穴加工用の小型ドリルを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる小型ドリルは、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、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た小型ドリルにおいて、前記切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面の先端側領域をすくい面とし、該すくい面と前記刃先部の先端逃げ面との交差稜線部には切刃が形成され、前記刃先部の周面に形成される切屑排出溝が１条のみであり、さらに、前記切屑排出溝のドリル回転方向前方側に位置し、前記刃先部の周面に開口するとともに該切屑排出溝と連通しており、かつ回転軸線側に向かって凹むような壁面によって凹溝状に形成された溝状部が形成されていて、前記溝状部の最深部の深さＭが前記刃先部の最大外径Ｄに対してなす割合Ｍ／Ｄが１０％以上とされるとともに、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、前記刃先部のマージンが形成されている部分の断面において、マージンの両端部と回転軸線とをそれぞれ結ぶ線がなす角度が１２０°以上とされていることを特徴とする。
【０００７】
このような構成とすると、小型ドリルの刃先部に設けられる切屑排出溝が１条のみであるため、刃先部に２条の切屑排出溝が設けられた従来の小型ドリルに比べて芯厚が厚くなり、高いドリル剛性が得られる。さらに、切屑排出溝のドリル回転方向前方側に、被削材の切削の際に生じる切り屑を逃がすのに十分な大きさをもつ溝状部が形成されていることにより、切屑排出溝のみならず溝状部によっても切り屑を逃がすことができ、良好な切屑排出性が得られる。
なお、溝状部の最深部の深さＭが刃先部の最大外径Ｄに対してなす割合Ｍ／Ｄが１０％より小さくなると切屑排出性が悪化する。
【０００８】
また、前記刃先部の断面に内接する最大の円の直径ｄが刃先部の最大外径Ｄに対してなす割合ｄ／Ｄ（以下、芯厚割合と称する。）が６０％以上であるので、小型ドリル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。また、芯厚割合が６０％より小さいと、小型ドリル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。
【０００９】
また、前記刃先部のマージンの形成されている部分の断面において、マージンの両端部と回転軸線とをそれぞれ結ぶ線がなす角度（以下、マージン角と称する。）が１２０°以上であり、前記マージンは切削中に加工穴の内壁と接触してバリ取りの効果を有するとともに、切刃部分が径方向外側に引っ張られる力を相殺することと刃先部を案内して小型ドリルの直進性を向上させる働きがあるので、上記のような構成とすると安定したドリルの直進性を有することができる。また、マージン角が１２０°より小さくなるとドリルの直進性が損なわれ、十分な穴位置精度が得られなくなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を用いて説明する。
図１は本発明の第一実施形態による小型ドリルの側面図、図２は図１に示す小型ドリルの刃先部の断面図である。
【００１１】
本発明の第一実施形態による小型ドリル２０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。すなわち、刃先部１１の外径Ｄは最大外径Ｄとされている。
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を中心に外周面に開口する１条の切屑排出溝１２が螺旋状にねじれて形成されている。
【００１２】
さらに、同じく刃先部１１の先端から基端側に向けて小型ドリル２０の回転軸線Ｏを中心に刃先部１１の外周面に開口する１条の溝状部１５が螺旋状にねじれて形成されている。ここで、溝状部１５は、図２に示すように、回転軸線Ｏ側に向かって凹むような凹曲面をなす壁面１６によって凹溝状に形成されているものであり、また、切屑排出溝１２の回転方向Ｔにおけるすぐ前方側に位置して、その壁面１６の回転方向Ｔ後方側が切屑排出溝１２と連通した状態となっている。なお、溝状部１５の最深部の深さＭ（すなわち、回転軸線Ｏと直交して交わる直線上における刃先部１１の外周面から溝状部１５の壁面１６までの長さの最大値）が刃先部１１の最大外径Ｄに対してなす割合Ｍ／Ｄは１０％以上とされている。割合Ｍ／Ｄが１０％より小さくなると切屑排出性が悪化する。
【００１３】
切屑排出溝１２の小型ドリル２０の回転方向Ｔを向く壁面の先端側領域をすくい面１３とし、該すくい面１３と刃先部１１の先端逃げ面１４との交差稜線部には切刃１７が形成されている。また、ここで、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の断面視において、回転軸線Ｏを中心とし、後述のマージン１８を円弧とする円の直径）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。
【００１４】
刃先部１１において、切屑排出溝１２及び溝状部１５を除く外周面、すなわちランド１９はマージン１８とされており、切屑排出溝１２及び溝状部１５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２０の回転方向Ｔの後方側にねじれて螺旋状に形成されている。ここで、本第一実施形態においては、マージン１８は刃先部１１の先端から基端まで形成されている。
【００１５】
ここで、図２に示すように、刃先部１１の断面視で、マージン１８の回転方向Ｔの最も前方側に位置する端部（第一実施形態では切屑排出溝１２とマージン１８との交差稜線に形成されている端部）を１８ａ、マージン１８の回転方向Ｔの最も後方側に位置する端部（溝状部１５とマージン１８との交差稜線部に形成されている端部）を１８ｂとすると、それら両端部１８ａ，１８ｂと軸線Ｏとをそれぞれ結ぶ線ＡＯＢがなす角度θ（マージン角θ）は１２０°以上に設定されている（例えば本第一実施形態においては、マージン角θ＝２００゜）。
【００１６】
また、図２に示すように刃先部１１の断面に内接する最大の円（いわゆる芯厚）の直径ｄが、刃先部１１の最大外径Ｄに対してなす割合ｄ／Ｄ（芯厚割合ｄ／Ｄ）が６０％以上とされている。ここで、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外径ｄをもち、その芯厚割合ｄ／Ｄは例えば６５％とされている。なお、本第一実施形態において、芯厚割合ｄ／Ｄは刃先部１１の先端から基端まで一定とされている。
【００１７】
第一実施形態における小型ドリル２０では、次のようにしてプリント基板等の被削材２１の穴明け加工が行われる。図３に第一実施形態による小型ドリル２０の刃先部１１の先端面図を示す。
図３に示すように、小型ドリル２０が回転方向Ｔに回転することによって、切刃１７が被削材２１を切削する。この際に生じる切り屑は切屑排出溝１２に沿って刃先部１１の基端方向に誘導され、加工穴の外部に排出される。このとき、切り屑を逃がすのに十分な大きさをもつ溝状部１５が形成されていることから、切削の際に生じた切り屑が切屑排出溝１２のみならず溝状部１５によっても刃先部１１の基端方向に誘導されて、加工穴の外部に排出される。そして、刃先部１１の外周面に設けられたマージン１８が加工穴の内壁のバリ取り等の表面仕上げを行いながら、加工穴の内壁を案内することにより、小型ドリル２０は刃先部１１の先端側の回転軸線Ｏ方向に切削しながら進行する。
【００１８】
上述のように、第一実施形態による小型ドリル２０では、刃先部１１に切屑排出溝１２が１条のみ形成されており、芯厚割合ｄ／Ｄが６０％以上とされていることから、刃先部１１の芯厚を薄くすることがなく、高いドリル剛性を有するので、穴曲がりによる穴位置精度低下、ドリルそのものの折損を防止することができる。
さらに、刃先部１１に溝状部１５が設けられていることから、切屑排出溝１２のみならず溝状部１５によっても切り屑を刃先部１１の基端側に逃がすことができて切り屑詰まりを防ぎ、従来の１条の切屑排出溝が設けられた小型ドリルよりも良好な切り屑排出性を得ることができる。
【００１９】
また、マージン１８は切削中に加工穴の内壁と接触して、バリ取りの効果を有するとともに、刃先部１１を案内して小型ドリルの直進性を向上させる働きがあり、マージン角θを１２０゜以上に設定したことによって、十分なドリルの直進性を有して良好な穴位置精度を得ることができる。
ここで、マージン角θが１２０°より小さくなるとマージン１８による案内性が損なわれ、回転軸線Ｏを中心としたドリルの回転バランスが崩れ、ドリルの直進性が失われて、十分な穴位置精度が得られなくなる。また、マージン角θは大きければ大きいほど好ましい。
【００２０】
また、切削中には、図３に示すように、切刃１７部分は被削材２１の切削により回転軸線Ｏから径方向外側に引っ張られるような力Ｐを受け、マージン１８は加工穴の内壁から回転軸線Ｏに向かう方向に押される応力Ｑを受ける。第一実施形態のようにマージン角θが１２０°以上（例えば２００°）とされているマージン１８が設けられていると、マージン１８が受ける応力Ｑが大きくなって、切刃１７部分が引っ張られる力Ｐと相殺するように働きかけ、ドリルの曲がりを防ぎ、より安定したドリルの直進性を得て、穴位置精度が安定する。
【００２１】
次に、図４及び図５に本発明の第二、第三実施形態による小型ドリルの刃先部の断面図を示す。
ここで、第二、第三実施形態による小型ドリル３０，４０は上述した第一実施形態による小型ドリル２０とほぼ同様の構成をなしており、マージン角θと芯厚割合ｄ／Ｄが異なるものであり、上述の第一実施形態と同一または同様の部分には同一の符号を用いて説明を省略する。
【００２２】
第二実施形態による小型ドリル３０は、図４に示すように、そのマージン角θが例えば１７０°と設定されており、かつ芯厚割合ｄ／Ｄが例えば６５％に設定されている。ここで、第二実施形態においては、マージン１８と切屑排出溝１２及び溝状部１５とに内接する円が最大の外径ｄをもつようになっている。
【００２３】
第二実施形態では、第一実施形態よりもマージン角θが小さく設定されているので、溝状部１５の空間の大きさが第一実施例よりも大きくなっている。また、芯厚割合ｄ／Ｄは第一実施形態と同じに設定されているが、刃先部１１の断面積は溝状部１５が大きくとられている分だけ減少している。
これらのことにより、第一実施例と比較して、加工穴の内壁に接触するマージン１８の面積が小さくなり、かつ刃先部１１の断面積が小さくなっているので、多少のドリルの直進性とドリルの剛性は失われるが、溝状部１５が大きくとられていることにより良好な切り屑排出性が得られる。
【００２４】
また、第三実施形態による小型ドリル４０は、図５に示すように、そのマージン角θが例えば１２０°に設定されており、かつ芯厚割合ｄ／Ｄが例えば６０％に設定されている。ここで、第三実施形態においては、マージン１８と切屑排出溝１２及び溝状部１５とに内接する円が最大の外径ｄをもつようになっている。
第三実施形態では、第一実施形態及び第二実施形態よりもマージン角θが小さく設定されているので、溝状部１５の空間の大きさが第一実施形態及び第二実施形態よりも大きくなっている。また、芯厚割合ｄ／Ｄは第一実施形態及び第二実施形態より小さく設定されている。
このことにより、第一実施形態及び第二実施形態と比較して、加工穴の内壁に接触するマージン１８の面積がさらに小さくなり、かつ刃先部１１の断面積が小さくなっているので、多少のドリルの直進性とドリルの剛性は失われるが、溝状部１５がさらに大きくとられていることにより一層良好な切り屑排出性が得られる。
【００２５】
上述したように、マージン角θは大きくなればなるほど、加工穴の内壁に接触するマージン１８の面積が増大してより安定したドリルの直進性が得られるが、その分、溝状部１５の空間が小さくなり切り屑排出性が劣ってしまう。また、芯厚割合ｄ／Ｄは大きくなればなるほど、ドリルの剛性を高めることができるが、その分切り屑排出溝１２や溝状部１５の空間が小さくなり、切り屑排出性が劣ってしまう。
これらのような関係を考慮して、本発明の範囲内でマージン角θ、芯厚割合ｄ／Ｄ、溝状部１５及び切屑排出溝１２の大きさを、被削材や穴明け加工の環境などに応じて適宜設定することで、所望の特性をもつ小型ドリルを得ることができる。
【００２６】
なお、本実施形態において、ランド１９には被削材の加工穴の壁面との摩擦を減らすために一定の二番取り深さで隙間が形成されるように二番取り面が設けられていてもよく、このような場合を本発明の第四、第五実施形態によって説明する。
第四、第五実施形態による小型ドリル５０，６０は、第一実施形態による小型ドリル１０とほぼ同様の構成とされており、同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。図６に第四実施形態による小型ドリルの刃先部の断面図、図７に第五実施形態による小型ドリルの刃先部の断面図を示す。
【００２７】
第四実施形態による小型ドリル５０は、図６に示すように、その刃先部１１の切屑排出溝１２を除く外周面、すなわちランド１９はマージン１８及び二番取り面１９ａによって構成され、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５０の回転方向Ｔの後方側にねじれて螺旋状に形成されている。マージン１８は回転方向Ｔにおいて切り屑排出溝１２のすぐ後方に形成され、さらに、マージン１８の後方に続いて二番取り面１９ａが形成されている。また二番取り面１９ａの二番取り深さｂは一定とされている。
ここで、マージン角θは例えば１５０゜に設定されており、かつ芯厚割合ｄ／Ｄは例えば６５％に設定されている。
【００２８】
上述のように、被削材の加工穴の壁面との摩擦を避けるために一定の二番取り深さｂの隙間ができるように二番取り面１９ａが形成されているので、被削材の穿孔の際に、加工穴の内壁に接触するマージン１８の面積が減少することになる。しかしながら、二番取り深さｂがわずかであるために、刃先部１１の断面積の減少量もわずかであり、ドリル剛性を高く保つことができる。
このような構成の小型ドリル５０は、上述した第一乃至第三実施形態と同様の効果を奏するが、切削抵抗がとくに大きい被削材を穿孔する場合のように、加工穴の内壁に接触するマージン１８の面積を大きくとることが有効ではない場合に好適である。
【００２９】
また、第四実施形態においては、二番取り面１９ａが回転方向Ｔにおいてランド１９の後方側部分（マージン１８の後方側）に形成されたものであるが、この二番取り面１９ａがランド１９の中央部分に形成されており、マージン１８が例えば２つに分別されていてもよく、このような場合の小型ドリルを第五実施形態としてその刃先部の断面図を図７に示す。
【００３０】
第五実施形態による小型ドリル６０は、図７に示すように、刃先部１１の切屑排出溝１２及び溝状部１５を除く外周面、すなわちランド１９は、第一マージン２３、第二マージン２４と二番取り面１９ａによって構成され、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６０の回転方向Ｔの後方側にねじれて螺旋状に形成されている。第一マージン２３は回転方向Ｔにおいて切屑排出溝１２のすぐ後方に形成され、さらに、第一マージン２３の後方に続いて二番取り面１９ａが形成され、二番取り面１９ａの後方に続いて第二マージン２４が形成されている。
【００３１】
第五実施形態による小型ドリル６０は、第一実施形態乃至第四実施形態と同様の効果を奏するが、さらに、この小型ドリル６０を用いて被削材を穿孔する際には、第一マージン２３及び第二マージン２４が加工穴の内壁と接触して、それぞれ回転軸線Ｏに向かう方向に押される力を受ける。これにより、切刃１７のすぐ後方に位置しているマージン（第一マージン２３）が押される応力が、切刃１７部分が引っ張られる力と相殺するように働きかけ、さらに、第一マージン２３及び第二マージン２４が内壁から受ける力同士も互いに相殺するように働くので、これらのことからドリルの曲がりを防ぎ、より安定した小型ドリルの直進性を得て、穴位置精度が安定する。
【００３２】
なお、第五実施形態においては、マージン１８の数が二つに分別されて設けられた小型ドリル６０について述べたが、これに限定されることなく、三つ以上に分別されたマージンを有してもいてもよい。
【００３３】
なお、本実施形態においては、刃先部１１はその先端から基端まで一定の外径Ｄ（最大外径Ｄ）をもつ小型ドリルについて説明したが、本発明は図８における刃先部の概略図で示すように、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Ｄ′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の小型ドリルに用いられてもよい。この場合、第一刃先部１１ａの外径Ｄが最大外径Ｄとなり、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。
【００３４】
また、本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。
【００３５】
また、本実施形態においては、溝状部１５が回転軸線Ｏ側に向かって凹むような凹曲面をなす壁面１６によって凹溝状に形成されているが、これに限定されることなく、例えば直角状の溝などでもよい。
【００３６】
また、本実施形態においては、芯厚割合ｄ／Ｄが刃先部１１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、芯厚割合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。
【００３７】
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及び溝状部１５のねじれ角を刃先部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。
【００３８】
【実施例】
本発明の一例による小型ドリルを実施例１〜５とし、上述した本発明の範囲よりも芯厚割合ｄ／Ｄが小さい小型ドリルを比較例１、マージン角θが小さい小型ドリルを比較例２、さらに従来例として刃先部１１に２条の切屑排出溝１２が設けられている小型ドリルを従来例１、刃先部１１に１条の切屑排出溝１２が設けらているが溝状部１５は形成されていない小型ドリルを従来例２〜４として用いて被削材の穴明け試験を行った。なお、実施例１〜５、比較例１，２及び従来例１は、その切屑排出溝１２のねじれ角が４０゜とされており、従来例２〜４は、その切屑排出溝１２のねじれ角が刃先部１１の先端で３０゜とされ、基端側に向かうにしたがい、ねじれ角が連続的に大きくなり基端側で６０゜とされている。試験条件と結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
本実施例、比較例及び従来例では刃先部１１の外径が該刃先部１１の先端から基端まで一定の０．１ｍｍであるストレートタイプで、有効刃長Ｌが１．２ｍｍの小型ドリルを用いて、被削材（厚み０．２ｍｍのＢＴレジンの両面板を４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０．０１５ｍｍ／rev.としてステップ送りはせずに被削材の穴明け加工を行い、１００穴ずつの平均穴位置精度を±５０μｍより小さい値に維持しながら穿孔できた穴数を測定した。ここで表１における寿命とは、平均穴位置精度が±５０μｍを越える直前までに穿孔した穴数を示す。
【００４１】
表１に示すように、芯厚割合ｄ／Ｄが６０％以上に設定され、なおかつマージン角θが１２０゜以上に設定されている実施例１〜５では穿孔した穴数がどれも６２００以上まで安定した穴位置精度を保つことができ、とくに芯厚割合ｄ／Ｄが６５％以上に設定され、なおかつマージン角θが１５０゜以上の範囲に設定されている実施例３〜５は穿孔した穴数がどれも６７００以上まで安定した穴位置精度を保つことができ、顕著な効果がみられた。
【００４２】
また、芯厚割合ｄ／Ｄが５５％と本発明の範囲よりも小さい比較例１は芯厚が小さいために剛性が低下し、ドリルの直進性が得られず、穴曲がりが発生して穿孔した穴数が４３００までしか穴位置精度が安定しなかった。また、マージン角θが９０゜と本発明の範囲よりも小さい比較例２は、加工穴の内壁に接触するマージンの面積が小さいためにドリルの直進性が得られず、穴曲がりが発生して穿孔した穴数が４１００までしか穴位置精度が安定しなかった。
【００４３】
さらに、刃先部１１に２条の切屑排出溝１２が形成されている従来例１では、芯厚がとくに小さくドリル剛性が低いために、穿孔した穴数が１４００までしか穴位置精度が安定しなかった。また、刃先部１１に１条の切屑排出溝１２が形成されるが溝状部１５が設けられていない従来例２では、切り屑排出性が悪く、切り屑詰まりが発生して穿孔した穴数が３８００までしか穴位置精度が安定しなかった。また、同じく、刃先部１１に１条の切り屑排出溝１２が形成されるが溝状部１５が設けられていない従来例３，４では、切り屑排出性が悪く、切り屑詰まりが発生して穿孔した穴数がそれぞれ２８００，１８００の時点で刃先部１１が折損した。
【００４４】
以上のように、芯厚割合ｄ／Ｄが６０％以上に設定され、なおかつマージン角θが１２０゜以上の範囲に設定されている実施例１〜５は、本発明の範囲よりも芯厚割合ｄ／Ｄが小さい比較例１、マージン角θが小さい比較例２、また刃先部１１に２条の切屑排出溝１２が形成された従来例１、及び刃先部１１に１条の切屑排出溝１２が形成されているが溝状部１５が形成されていない従来例２〜４と比較して、穴位置精度が安定したまま数多くの穴を穿孔できた。
【００４５】
【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、刃先部に設けられる切屑排出溝が１条のみであるため、芯厚を薄くすることなく、高いドリル剛性が得られ、穴位置精度が安定する。さらに、切屑排出溝のドリル回転方向前方側に、切り屑を逃がす程度の大きさをもつ溝状部が形成されていることから、切削の際に生じた切り屑をこの溝状部でも逃がすことができるので、切り屑排出性を良好に保って切り屑排出不良を防ぎ、ドリルの刃先部の折損等を防止できる。
【００４６】
また、芯厚割合が６０％以上であることを特徴とするので、小型ドリル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。
また、マージン角が１２０°以上であることを特徴とするから、切刃部分が径方向外側に引っ張られる力を相殺することと刃先部を案内して小型ドリルの直進性を向上させ、十分なドリルの直進性と良好な穴位置精度が得られる。
【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を示す側面図である。
【図２】 図１に示す小型ドリルの刃先部の断面図である。
【図３】 本発明の第一実施形態による小型ドリルが被削材を切削している様子を示す先端面図である。
【図４】 本発明の第二実施形態による小型ドリルの刃先部の断面図である。
【図５】 本発明の第三実施形態による小型ドリルの刃先部の断面図である。
【図６】 本発明の第四実施形態による小型ドリルの刃先部の断面図である。
【図７】 本発明の第五実施形態による小型ドリルの刃先部の断面図である。
【図８】 本発明の実施形態の変形例を示す小型ドリルの刃先部の概略側面図である。
【図９】 従来の小型ドリルを示す側面図である。
【図１０】 図９に示す小型ドリルの刃先部の断面図である。
【符号の説明】
１１ 刃先部
１２ 切屑排出溝
１３ すくい面
１４ 先端逃げ面
１５ 溝状部
１６ 壁面
１７ 切刃
１８ マージン
１９ ランド
２０，３０，４０，５０，６０ 小型ドリル
２１ 被削材
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
Ｍ 溝状部の最深部の深さ
Ｏ 回転軸線
Ｔ 回転方向
θ マージン角
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてプリント基板に小径深穴の孔部を穿設するのに用いられる小型ドリル等の切削工具に関する。
【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。
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、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する。それらを解決する方法の一つにステップ送りがあるが、穴明け速度が極端に低下して生産性が大幅に低下する。
【０００３】
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はこの小型ドリルの側面図、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１０は、刃先部１とシャンク部とを備えており、刃先部１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２が設けられており、なおかつ切屑排出溝２のねじれ角γを刃先部１の先端から基端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。また、刃先部１の断面図において、図１０に示すように、刃先部１の外周面、すなわちランド３はマージン４と一定の二番取り深さａをもつ二番取り面５によって構成され、マージン４は小型ドリル１０の回転方向Ｔにおいて、切屑排出溝２のすぐ後方側に形成され、さらにマージン４の後方に続いて二番取り面５が形成されている。このような小型ドリル１０では、切屑排出溝２が１条のみであるため、刃先部１の芯厚を薄くすることがなく、剛性を高く保つことができ、前記のような問題はある程度解決される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、小型ドリル１０の剛性を高く保つために刃先部１の周面に設けられる切屑排出溝２を１条のみにしたため、切り屑を逃がすための空間が従来の２条の切屑排出溝が設けられた小型ドリルよりも小さくなり、切り屑の排出性能が悪くなって切り屑つまりが起こるといった切り屑排出不良が発生するようになる。
また、マージン４の回転方向Ｔ後方側に位置する二番取り面５は、その二番取り深さａがわずかであるために、切り屑を逃がすのに十分な大きさをもつ空間が形成されておらず、切り屑を逃がす役割は果たさない。
その結果、特に穴径が０．５ｍｍ以下、かつ穴深さと穴径との比が１０以上となるような極小径深穴加工になると、切り屑排出不良が頻繁に発生するようになり、昨今のより小径、より深穴の要求には十分応えられない。
【０００５】
本発明は、上述のような課題に鑑みて、ドリルの剛性を高く保ち、良好な切り屑排出性を得ることができ、穴位置精度の高い小径深穴加工用の小型ドリルを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる小型ドリルは、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、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た小型ドリルにおいて、前記切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面の先端側領域をすくい面とし、該すくい面と前記刃先部の先端逃げ面との交差稜線部には切刃が形成され、前記刃先部の周面に形成される切屑排出溝が１条のみであり、さらに、前記切屑排出溝のドリル回転方向前方側に位置し、前記刃先部の周面に開口するとともに該切屑排出溝と連通しており、かつ回転軸線側に向かって凹むような壁面によって凹溝状に形成された溝状部が形成されていて、前記溝状部の最深部の深さＭが前記刃先部の最大外径Ｄに対してなす割合Ｍ／Ｄが１０％以上とされるとともに、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、前記刃先部のマージンが形成されている部分の断面において、マージンの両端部と回転軸線とをそれぞれ結ぶ線がなす角度が１２０°以上とされていることを特徴とする。
【０００７】
このような構成とすると、小型ドリルの刃先部に設けられる切屑排出溝が１条のみであるため、刃先部に２条の切屑排出溝が設けられた従来の小型ドリルに比べて芯厚が厚くなり、高いドリル剛性が得られる。さらに、切屑排出溝のドリル回転方向前方側に、被削材の切削の際に生じる切り屑を逃がすのに十分な大きさをもつ溝状部が形成されていることにより、切屑排出溝のみならず溝状部によっても切り屑を逃がすことができ、良好な切屑排出性が得られる。
なお、溝状部の最深部の深さＭが刃先部の最大外径Ｄに対してなす割合Ｍ／Ｄが１０％より小さくなると切屑排出性が悪化する。
【０００８】
また、前記刃先部の断面に内接する最大の円の直径ｄが刃先部の最大外径Ｄに対してなす割合ｄ／Ｄ（以下、芯厚割合と称する。）が６０％以上であるので、小型ドリル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。また、芯厚割合が６０％より小さいと、小型ドリル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。
【０００９】
また、前記刃先部のマージンの形成されている部分の断面において、マージンの両端部と回転軸線とをそれぞれ結ぶ線がなす角度（以下、マージン角と称する。）が１２０°以上であり、前記マージンは切削中に加工穴の内壁と接触してバリ取りの効果を有するとともに、切刃部分が径方向外側に引っ張られる力を相殺することと刃先部を案内して小型ドリルの直進性を向上させる働きがあるので、上記のような構成とすると安定したドリルの直進性を有することができる。また、マージン角が１２０°より小さくなるとドリルの直進性が損なわれ、十分な穴位置精度が得られなくなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を用いて説明する。
図１は本発明の第一実施形態による小型ドリルの側面図、図２は図１に示す小型ドリルの刃先部の断面図である。
【００１１】
本発明の第一実施形態による小型ドリル２０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。すなわち、刃先部１１の外径Ｄは最大外径Ｄとされている。
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を中心に外周面に開口する１条の切屑排出溝１２が螺旋状にねじれて形成されている。
【００１２】
さらに、同じく刃先部１１の先端から基端側に向けて小型ドリル２０の回転軸線Ｏを中心に刃先部１１の外周面に開口する１条の溝状部１５が螺旋状にねじれて形成されている。ここで、溝状部１５は、図２に示すように、回転軸線Ｏ側に向かって凹むような凹曲面をなす壁面１６によって凹溝状に形成されているものであり、また、切屑排出溝１２の回転方向Ｔにおけるすぐ前方側に位置して、その壁面１６の回転方向Ｔ後方側が切屑排出溝１２と連通した状態となっている。なお、溝状部１５の最深部の深さＭ（すなわち、回転軸線Ｏと直交して交わる直線上における刃先部１１の外周面から溝状部１５の壁面１６までの長さの最大値）が刃先部１１の最大外径Ｄに対してなす割合Ｍ／Ｄは１０％以上とされている。割合Ｍ／Ｄが１０％より小さくなると切屑排出性が悪化する。
【００１３】
切屑排出溝１２の小型ドリル２０の回転方向Ｔを向く壁面の先端側領域をすくい面１３とし、該すくい面１３と刃先部１１の先端逃げ面１４との交差稜線部には切刃１７が形成されている。また、ここで、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の断面視において、回転軸線Ｏを中心とし、後述のマージン１８を円弧とする円の直径）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。
【００１４】
刃先部１１において、切屑排出溝１２及び溝状部１５を除く外周面、すなわちランド１９はマージン１８とされており、切屑排出溝１２及び溝状部１５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２０の回転方向Ｔの後方側にねじれて螺旋状に形成されている。ここで、本第一実施形態においては、マージン１８は刃先部１１の先端から基端まで形成されている。
【００１５】
ここで、図２に示すように、刃先部１１の断面視で、マージン１８の回転方向Ｔの最も前方側に位置する端部（第一実施形態では切屑排出溝１２とマージン１８との交差稜線に形成されている端部）を１８ａ、マージン１８の回転方向Ｔの最も後方側に位置する端部（溝状部１５とマージン１８との交差稜線部に形成されている端部）を１８ｂとすると、それら両端部１８ａ，１８ｂと軸線Ｏとをそれぞれ結ぶ線ＡＯＢがなす角度θ（マージン角θ）は１２０°以上に設定されている（例えば本第一実施形態においては、マージン角θ＝２００゜）。
【００１６】
また、図２に示すように刃先部１１の断面に内接する最大の円（いわゆる芯厚）の直径ｄが、刃先部１１の最大外径Ｄに対してなす割合ｄ／Ｄ（芯厚割合ｄ／Ｄ）が６０％以上とされている。ここで、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外径ｄをもち、その芯厚割合ｄ／Ｄは例えば６５％とされている。なお、本第一実施形態において、芯厚割合ｄ／Ｄは刃先部１１の先端から基端まで一定とされている。
【００１７】
第一実施形態における小型ドリル２０では、次のようにしてプリント基板等の被削材２１の穴明け加工が行われる。図３に第一実施形態による小型ドリル２０の刃先部１１の先端面図を示す。
図３に示すように、小型ドリル２０が回転方向Ｔに回転することによって、切刃１７が被削材２１を切削する。この際に生じる切り屑は切屑排出溝１２に沿って刃先部１１の基端方向に誘導され、加工穴の外部に排出される。このとき、切り屑を逃がすのに十分な大きさをもつ溝状部１５が形成されていることから、切削の際に生じた切り屑が切屑排出溝１２のみならず溝状部１５によっても刃先部１１の基端方向に誘導されて、加工穴の外部に排出される。そして、刃先部１１の外周面に設けられたマージン１８が加工穴の内壁のバリ取り等の表面仕上げを行いながら、加工穴の内壁を案内することにより、小型ドリル２０は刃先部１１の先端側の回転軸線Ｏ方向に切削しながら進行する。
【００１８】
上述のように、第一実施形態による小型ドリル２０では、刃先部１１に切屑排出溝１２が１条のみ形成されており、芯厚割合ｄ／Ｄが６０％以上とされていることから、刃先部１１の芯厚を薄くすることがなく、高いドリル剛性を有するので、穴曲がりによる穴位置精度低下、ドリルそのものの折損を防止することができる。
さらに、刃先部１１に溝状部１５が設けられていることから、切屑排出溝１２のみならず溝状部１５によっても切り屑を刃先部１１の基端側に逃がすことができて切り屑詰まりを防ぎ、従来の１条の切屑排出溝が設けられた小型ドリルよりも良好な切り屑排出性を得ることができる。
【００１９】
また、マージン１８は切削中に加工穴の内壁と接触して、バリ取りの効果を有するとともに、刃先部１１を案内して小型ドリルの直進性を向上させる働きがあり、マージン角θを１２０゜以上に設定したことによって、十分なドリルの直進性を有して良好な穴位置精度を得ることができる。
ここで、マージン角θが１２０°より小さくなるとマージン１８による案内性が損なわれ、回転軸線Ｏを中心としたドリルの回転バランスが崩れ、ドリルの直進性が失われて、十分な穴位置精度が得られなくなる。また、マージン角θは大きければ大きいほど好ましい。
【００２０】
また、切削中には、図３に示すように、切刃１７部分は被削材２１の切削により回転軸線Ｏから径方向外側に引っ張られるような力Ｐを受け、マージン１８は加工穴の内壁から回転軸線Ｏに向かう方向に押される応力Ｑを受ける。第一実施形態のようにマージン角θが１２０°以上（例えば２００°）とされているマージン１８が設けられていると、マージン１８が受ける応力Ｑが大きくなって、切刃１７部分が引っ張られる力Ｐと相殺するように働きかけ、ドリルの曲がりを防ぎ、より安定したドリルの直進性を得て、穴位置精度が安定する。
【００２１】
次に、図４及び図５に本発明の第二、第三実施形態による小型ドリルの刃先部の断面図を示す。
ここで、第二、第三実施形態による小型ドリル３０，４０は上述した第一実施形態による小型ドリル２０とほぼ同様の構成をなしており、マージン角θと芯厚割合ｄ／Ｄが異なるものであり、上述の第一実施形態と同一または同様の部分には同一の符号を用いて説明を省略する。
【００２２】
第二実施形態による小型ドリル３０は、図４に示すように、そのマージン角θが例えば１７０°と設定されており、かつ芯厚割合ｄ／Ｄが例えば６５％に設定されている。ここで、第二実施形態においては、マージン１８と切屑排出溝１２及び溝状部１５とに内接する円が最大の外径ｄをもつようになっている。
【００２３】
第二実施形態では、第一実施形態よりもマージン角θが小さく設定されているので、溝状部１５の空間の大きさが第一実施例よりも大きくなっている。また、芯厚割合ｄ／Ｄは第一実施形態と同じに設定されているが、刃先部１１の断面積は溝状部１５が大きくとられている分だけ減少している。
これらのことにより、第一実施例と比較して、加工穴の内壁に接触するマージン１８の面積が小さくなり、かつ刃先部１１の断面積が小さくなっているので、多少のドリルの直進性とドリルの剛性は失われるが、溝状部１５が大きくとられていることにより良好な切り屑排出性が得られる。
【００２４】
また、第三実施形態による小型ドリル４０は、図５に示すように、そのマージン角θが例えば１２０°に設定されており、かつ芯厚割合ｄ／Ｄが例えば６０％に設定されている。ここで、第三実施形態においては、マージン１８と切屑排出溝１２及び溝状部１５とに内接する円が最大の外径ｄをもつようになっている。
第三実施形態では、第一実施形態及び第二実施形態よりもマージン角θが小さく設定されているので、溝状部１５の空間の大きさが第一実施形態及び第二実施形態よりも大きくなっている。また、芯厚割合ｄ／Ｄは第一実施形態及び第二実施形態より小さく設定されている。
このことにより、第一実施形態及び第二実施形態と比較して、加工穴の内壁に接触するマージン１８の面積がさらに小さくなり、かつ刃先部１１の断面積が小さくなっているので、多少のドリルの直進性とドリルの剛性は失われるが、溝状部１５がさらに大きくとられていることにより一層良好な切り屑排出性が得られる。
【００２５】
上述したように、マージン角θは大きくなればなるほど、加工穴の内壁に接触するマージン１８の面積が増大してより安定したドリルの直進性が得られるが、その分、溝状部１５の空間が小さくなり切り屑排出性が劣ってしまう。また、芯厚割合ｄ／Ｄは大きくなればなるほど、ドリルの剛性を高めることができるが、その分切り屑排出溝１２や溝状部１５の空間が小さくなり、切り屑排出性が劣ってしまう。
これらのような関係を考慮して、本発明の範囲内でマージン角θ、芯厚割合ｄ／Ｄ、溝状部１５及び切屑排出溝１２の大きさを、被削材や穴明け加工の環境などに応じて適宜設定することで、所望の特性をもつ小型ドリルを得ることができる。
【００２６】
なお、本実施形態において、ランド１９には被削材の加工穴の壁面との摩擦を減らすために一定の二番取り深さで隙間が形成されるように二番取り面が設けられていてもよく、このような場合を本発明の第四、第五実施形態によって説明する。
第四、第五実施形態による小型ドリル５０，６０は、第一実施形態による小型ドリル１０とほぼ同様の構成とされており、同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。図６に第四実施形態による小型ドリルの刃先部の断面図、図７に第五実施形態による小型ドリルの刃先部の断面図を示す。
【００２７】
第四実施形態による小型ドリル５０は、図６に示すように、その刃先部１１の切屑排出溝１２を除く外周面、すなわちランド１９はマージン１８及び二番取り面１９ａによって構成され、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５０の回転方向Ｔの後方側にねじれて螺旋状に形成されている。マージン１８は回転方向Ｔにおいて切り屑排出溝１２のすぐ後方に形成され、さらに、マージン１８の後方に続いて二番取り面１９ａが形成されている。また二番取り面１９ａの二番取り深さｂは一定とされている。
ここで、マージン角θは例えば１５０゜に設定されており、かつ芯厚割合ｄ／Ｄは例えば６５％に設定されている。
【００２８】
上述のように、被削材の加工穴の壁面との摩擦を避けるために一定の二番取り深さｂの隙間ができるように二番取り面１９ａが形成されているので、被削材の穿孔の際に、加工穴の内壁に接触するマージン１８の面積が減少することになる。しかしながら、二番取り深さｂがわずかであるために、刃先部１１の断面積の減少量もわずかであり、ドリル剛性を高く保つことができる。
このような構成の小型ドリル５０は、上述した第一乃至第三実施形態と同様の効果を奏するが、切削抵抗がとくに大きい被削材を穿孔する場合のように、加工穴の内壁に接触するマージン１８の面積を大きくとることが有効ではない場合に好適である。
【００２９】
また、第四実施形態においては、二番取り面１９ａが回転方向Ｔにおいてランド１９の後方側部分（マージン１８の後方側）に形成されたものであるが、この二番取り面１９ａがランド１９の中央部分に形成されており、マージン１８が例えば２つに分別されていてもよく、このような場合の小型ドリルを第五実施形態としてその刃先部の断面図を図７に示す。
【００３０】
第五実施形態による小型ドリル６０は、図７に示すように、刃先部１１の切屑排出溝１２及び溝状部１５を除く外周面、すなわちランド１９は、第一マージン２３、第二マージン２４と二番取り面１９ａによって構成され、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６０の回転方向Ｔの後方側にねじれて螺旋状に形成されている。第一マージン２３は回転方向Ｔにおいて切屑排出溝１２のすぐ後方に形成され、さらに、第一マージン２３の後方に続いて二番取り面１９ａが形成され、二番取り面１９ａの後方に続いて第二マージン２４が形成されている。
【００３１】
第五実施形態による小型ドリル６０は、第一実施形態乃至第四実施形態と同様の効果を奏するが、さらに、この小型ドリル６０を用いて被削材を穿孔する際には、第一マージン２３及び第二マージン２４が加工穴の内壁と接触して、それぞれ回転軸線Ｏに向かう方向に押される力を受ける。これにより、切刃１７のすぐ後方に位置しているマージン（第一マージン２３）が押される応力が、切刃１７部分が引っ張られる力と相殺するように働きかけ、さらに、第一マージン２３及び第二マージン２４が内壁から受ける力同士も互いに相殺するように働くので、これらのことからドリルの曲がりを防ぎ、より安定した小型ドリルの直進性を得て、穴位置精度が安定する。
【００３２】
なお、第五実施形態においては、マージン１８の数が二つに分別されて設けられた小型ドリル６０について述べたが、これに限定されることなく、三つ以上に分別されたマージンを有してもいてもよい。
【００３３】
なお、本実施形態においては、刃先部１１はその先端から基端まで一定の外径Ｄ（最大外径Ｄ）をもつ小型ドリルについて説明したが、本発明は図８における刃先部の概略図で示すように、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Ｄ′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の小型ドリルに用いられてもよい。この場合、第一刃先部１１ａの外径Ｄが最大外径Ｄとなり、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。
【００３４】
また、本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。
【００３５】
また、本実施形態においては、溝状部１５が回転軸線Ｏ側に向かって凹むような凹曲面をなす壁面１６によって凹溝状に形成されているが、これに限定されることなく、例えば直角状の溝などでもよい。
【００３６】
また、本実施形態においては、芯厚割合ｄ／Ｄが刃先部１１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、芯厚割合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。
【００３７】
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及び溝状部１５のねじれ角を刃先部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。
【００３８】
【実施例】
本発明の一例による小型ドリルを実施例１〜５とし、上述した本発明の範囲よりも芯厚割合ｄ／Ｄが小さい小型ドリルを比較例１、マージン角θが小さい小型ドリルを比較例２、さらに従来例として刃先部１１に２条の切屑排出溝１２が設けられている小型ドリルを従来例１、刃先部１１に１条の切屑排出溝１２が設けらているが溝状部１５は形成されていない小型ドリルを従来例２〜４として用いて被削材の穴明け試験を行った。なお、実施例１〜５、比較例１，２及び従来例１は、その切屑排出溝１２のねじれ角が４０゜とされており、従来例２〜４は、その切屑排出溝１２のねじれ角が刃先部１１の先端で３０゜とされ、基端側に向かうにしたがい、ねじれ角が連続的に大きくなり基端側で６０゜とされている。試験条件と結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
本実施例、比較例及び従来例では刃先部１１の外径が該刃先部１１の先端から基端まで一定の０．１ｍｍであるストレートタイプで、有効刃長Ｌが１．２ｍｍの小型ドリルを用いて、被削材（厚み０．２ｍｍのＢＴレジンの両面板を４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０．０１５ｍｍ／rev.としてステップ送りはせずに被削材の穴明け加工を行い、１００穴ずつの平均穴位置精度を±５０μｍより小さい値に維持しながら穿孔できた穴数を測定した。ここで表１における寿命とは、平均穴位置精度が±５０μｍを越える直前までに穿孔した穴数を示す。
【００４１】
表１に示すように、芯厚割合ｄ／Ｄが６０％以上に設定され、なおかつマージン角θが１２０゜以上に設定されている実施例１〜５では穿孔した穴数がどれも６２００以上まで安定した穴位置精度を保つことができ、とくに芯厚割合ｄ／Ｄが６５％以上に設定され、なおかつマージン角θが１５０゜以上の範囲に設定されている実施例３〜５は穿孔した穴数がどれも６７００以上まで安定した穴位置精度を保つことができ、顕著な効果がみられた。
【００４２】
また、芯厚割合ｄ／Ｄが５５％と本発明の範囲よりも小さい比較例１は芯厚が小さいために剛性が低下し、ドリルの直進性が得られず、穴曲がりが発生して穿孔した穴数が４３００までしか穴位置精度が安定しなかった。また、マージン角θが９０゜と本発明の範囲よりも小さい比較例２は、加工穴の内壁に接触するマージンの面積が小さいためにドリルの直進性が得られず、穴曲がりが発生して穿孔した穴数が４１００までしか穴位置精度が安定しなかった。
【００４３】
さらに、刃先部１１に２条の切屑排出溝１２が形成されている従来例１では、芯厚がとくに小さくドリル剛性が低いために、穿孔した穴数が１４００までしか穴位置精度が安定しなかった。また、刃先部１１に１条の切屑排出溝１２が形成されるが溝状部１５が設けられていない従来例２では、切り屑排出性が悪く、切り屑詰まりが発生して穿孔した穴数が３８００までしか穴位置精度が安定しなかった。また、同じく、刃先部１１に１条の切り屑排出溝１２が形成されるが溝状部１５が設けられていない従来例３，４では、切り屑排出性が悪く、切り屑詰まりが発生して穿孔した穴数がそれぞれ２８００，１８００の時点で刃先部１１が折損した。
【００４４】
以上のように、芯厚割合ｄ／Ｄが６０％以上に設定され、なおかつマージン角θが１２０゜以上の範囲に設定されている実施例１〜５は、本発明の範囲よりも芯厚割合ｄ／Ｄが小さい比較例１、マージン角θが小さい比較例２、また刃先部１１に２条の切屑排出溝１２が形成された従来例１、及び刃先部１１に１条の切屑排出溝１２が形成されているが溝状部１５が形成されていない従来例２〜４と比較して、穴位置精度が安定したまま数多くの穴を穿孔できた。
【００４５】
【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、刃先部に設けられる切屑排出溝が１条のみであるため、芯厚を薄くすることなく、高いドリル剛性が得られ、穴位置精度が安定する。さらに、切屑排出溝のドリル回転方向前方側に、切り屑を逃がす程度の大きさをもつ溝状部が形成されていることから、切削の際に生じた切り屑をこの溝状部でも逃がすことができるので、切り屑排出性を良好に保って切り屑排出不良を防ぎ、ドリルの刃先部の折損等を防止できる。
【００４６】
また、芯厚割合が６０％以上であることを特徴とするので、小型ドリル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。
また、マージン角が１２０°以上であることを特徴とするから、切刃部分が径方向外側に引っ張られる力を相殺することと刃先部を案内して小型ドリルの直進性を向上させ、十分なドリルの直進性と良好な穴位置精度が得られる。
【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を示す側面図である。
【図２】 図１に示す小型ドリルの刃先部の断面図である。
【図３】 本発明の第一実施形態による小型ドリルが被削材を切削している様子を示す先端面図である。
【図４】 本発明の第二実施形態による小型ドリルの刃先部の断面図である。
【図５】 本発明の第三実施形態による小型ドリルの刃先部の断面図である。
【図６】 本発明の第四実施形態による小型ドリルの刃先部の断面図である。
【図７】 本発明の第五実施形態による小型ドリルの刃先部の断面図である。
【図８】 本発明の実施形態の変形例を示す小型ドリルの刃先部の概略側面図である。
【図９】 従来の小型ドリルを示す側面図である。
【図１０】 図９に示す小型ドリルの刃先部の断面図である。
【符号の説明】
１１ 刃先部
１２ 切屑排出溝
１３ すくい面
１４ 先端逃げ面
１５ 溝状部
１６ 壁面
１７ 切刃
１８ マージン
１９ ランド
２０，３０，４０，５０，６０ 小型ドリル
２１ 被削材
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
Ｍ 溝状部の最深部の深さ
Ｏ 回転軸線
Ｔ 回転方向
θ マージン角
Claims (1)
- 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、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た小型ドリルにおいて、
前記切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面の先端側領域をすくい面とし、該すくい面と前記刃先部の先端逃げ面との交差稜線部には切刃が形成され、
前記刃先部の周面に形成される切屑排出溝が１条のみであり、
さらに、前記切屑排出溝のドリル回転方向前方側に位置し、前記刃先部の周面に開口するとともに該切屑排出溝と連通しており、かつ回転軸線側に向かって凹むような壁面によって凹溝状に形成された溝状部が形成されていて、前記溝状部の最深部の深さＭが前記刃先部の最大外径Ｄに対してなす割合Ｍ／Ｄが１０％以上とされるとともに、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、前記刃先部のマージンが形成されている部分の断面において、マージンの両端部と回転軸線とをそれぞれ結ぶ線がなす角度が１２０°以上とされていることを特徴とする小型ドリル。
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