JP5734137B2 - ドリルおよび該ドリルを用いる被削加工物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ドリルおよびこのドリルを用いる被削加工物の製造方法に関する。

ドリル、特にプリント基板、あるいは微小な金属部品、プラスチックなどの被削材に小径の孔部を加工するために用いられる小型ドリルは、穿孔すべき穴が小径であるためにドリル本体の直径も極めて小径となる。そのため、しばしばドリル本体の剛性が問題となる場合がある。

ドリル本体の剛性を高く保つ観点から、例えば、特許文献１のような一枚刃ドリルが用いられる。この一枚刃ドリルは、刃先部に設けられた切屑排出溝が１条のみであるため、複数の切刃および切屑排出溝を有するドリルに比べて剛性を高く保持することができる。さらに、特許文献１のドリルは、複数の逃げ面を有しており、各逃げ面の少なくとも一つの稜線が切削時に切刃とともに被削材に接触するため、一枚刃ドリル特有の被削材接触時のブレを抑制し、ドリルの直進性を改善できる。

特開２００４−３４２１３号公報

しかしながら、特許文献１のドリルは、穴あけ加工の際、逃げ面内において先端逃げ面部分の稜線部が被削材と接触することにより、例えば、逃げ面上に切屑が進入した場合に逃げ面内に詰まる場合がある。

本発明の目的は、切削時の直進性および切屑排出性に優れた一枚刃ドリルを提供することにある。

本発明の一枚刃ドリルは、回転中心軸を有する円柱状の本体部と、該本体部の先端面および外周面に開口し、かつ前記回転中心軸に沿って前記外周面にらせん状に設けられるとともに、先端視において、前記回転方向の後方端に位置して前記回転方向の前方側を向く第１壁面および前記回転方向の前方端に位置して前記回転方向の後方側を向く第２壁面が形成されるように回転方向に沿って設けられている１つの切屑排出溝と、前記本体部の前記先端面に位置し、先端視において、前記第１壁面に接続される第１逃げ面と、該第１逃げ面に対して前記回転方向の後方側に隣接して、前記第２壁面に接続される第２逃げ面と、該第２逃げ面に対して前記回転方向の後方側に位置して順次形成される第３逃げ面および第４逃げ面とを有する逃げ面と、前記第１壁面と前記第１逃げ面とが交差する稜線に位置する切刃と、前記第２壁面と前記第２逃げ面とが交差する稜線に位置するとともに、側面視において前記本体部の後端側に向かって湾曲している湾曲稜線部とを備えており、側面視において、前記切刃の外周面側端部と前記湾曲稜線部の外周面側端部の高さ位置が異なっており、前記切刃によって被削材を切削する際に、前記湾曲稜線部の外周面側端部が前記被削材に接触し、少なくとも前記湾曲稜線部の中央部分が前記被削材から離れることを特徴とする。

ある実施態様においては、側面視において、前記切刃の外周面側端部の高さ位置と前記湾曲稜線部の外周面側端部の高さ位置との差は、以下の式を満たす距離ｆよりも小さいことを特徴とする
ｆ＝Ｆ×θ／３６０
（Ｆ：切削する際に本体部１回転当たりに本体部が回転中心軸に沿う方向に進行する距離（ｍｍ）、θ：先端視において切刃の外周面側端部と回転中心軸とを結ぶ直線Ａと、湾曲稜線部の外周面側端部と回転中心軸とを結ぶ直線Ｂとのなす角度（°））。

ある実施態様においては、側面視において、前記切刃の外周面側端部の高さ位置と前記湾曲稜線部の外周面側端部の高さ位置との差は、前記距離ｆの１／２よりも大きいことを特徴とする。

ある実施態様においては、前記逃げ面は、前記切刃に接続される第１逃げ面と、前記湾曲稜線部に接続される第２逃げ面との２つの面を有し、前記第１逃げ面の逃げ角は、前記第２逃げ面の逃げ角よりも小さいことを特徴とする。

ある実施態様においては、先端視において、前記湾曲稜線部の前記外周面側端部と前記回転中心軸とを結ぶ直線Ｂと、前記第１逃げ面と前記第２逃げ面とが交差する稜線とのなす角度θＢは９０°以上であり、該角度θＢは、先端視において前記切刃の前記外周面側端部と前記回転中心軸とを結ぶ直線Ａと、前記第１逃げ面と前記第２逃げ面とが交差する稜線とのなす角度θＡよりも大きいことを特徴とする。

ある実施態様においては、前記本体部は、先端に突出したチゼル部をさらに有しており、該チゼル部の先端稜線は、先端視において、前記回転中心軸を通り、前記切刃の回転中心軸側端部と前記湾曲稜線部の回転中心軸側端部とを結ぶことを特徴とする。

ある実施態様においては、前記湾曲稜線部は、側面視において円弧状であることを特徴とする。

ある実施態様においては、側面視において、前記切刃の外周面側端部の高さ位置と前記湾曲稜線部の外周面側端部の高さ位置との差は、前記本体部の直径の４〜１０％であることを特徴とする。

ある実施態様においては、前記切屑排出溝は、側面視において底面部にらせん状の境界部を有しており、前記第１壁面を有する第１領域と、前記第１領域とは前記境界部により分離される、前記第２壁面を有する第２領域とを有していることを特徴とする。

本発明の切削加工物の製造方法は、上記一枚刃ドリルを前記回転中心軸周りに回転させる工程と、前記第１切刃および前記円弧状稜線部を被削材に接触させる工程と、前記被削材と前記一枚刃ドリルとを相対的に離隔させる工程とを備える。

本発明の一枚刃ドリルによれば、切屑排出溝が一条であるため剛性が高く、かつ切刃以外の逃げ面と切屑排出溝との稜線部が湾曲しているため（湾曲稜線部）、切削時において被削材に対して、切刃とこの湾曲稜線部の外周面側端部が接触することでドリルの直進性を保持する。また、この稜線部湾曲しているため、被削材との間に空隙が形成される。そのため、逃げ面内に切屑が進入した場合においても切屑がこの空隙から排出され、詰まることが抑制され、切屑排出性に優れる。

本発明の一実施形態であるドリル１の側面図である。 図１に示すドリル１の先端視図である。 図２に示すドリル１の（ａ）ａ方向から見た側面図であり、（ｂ）ｂ方向から見た側面図である。 図２に示すドリル１の（ａ）ｃ方向から見た側面図であり、（ｂ）ｄ方向から見た側面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図４を用いて、詳細に説明する。

＜ドリル＞
図１および図２において、一枚刃ドリル１０は、回転中心軸Ｏを有する円柱状の本体部１を備えており、この本体部１には、さらに切屑溝排出溝２と、逃げ面３と、切刃４と、湾曲稜線部５とを備えており、さらに先端に突出したチゼル部６を有している。この一枚刃ドリル１０は、回転中心軸Ｏを中心に図１に示す矢印方向に回転しながら、被削材に切刃４を接触させることによって切削を行なう。切削時において切刃４によって生成される切屑は切刃４の回転方向後方に接続されている切屑排出溝２を通って排出される。

図１に示すように、このドリル１０は切刃４を一枚有する一枚刃ドリルである。そのため、切削時に生成される切屑を排出するための切屑排出溝２も切刃４に対応して一条有していればよく、複数の切刃を有するドリルに比べて、本体部１の芯厚を確保することができ剛性に優れている。

本実施形態の一枚刃ドリル１０（本体部１）の大きさは、例えば、本体部の直径Ｄが０．０５ｍｍ〜１ｍｍ程度であり、長さＬ（切刃４から切屑排出溝２が終了するまでの長さ）が０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。特にＬ／Ｄが５以上である場合、深穴加工により適している。このドリル１０は、例えば、小径ドリル、深穴加工用ドリルとして好適に用いられるものであり、特に樹脂などの熱的損傷を受けやすい被削材の穴開け加工に適している。

本体部１は、先端面と後端面との間に外周面１１を有しており、先端面側には被削材の切削加工において主要な役割を果たす切削部と、後端面側には工作機械の回転軸に把持される把持部とを備えている。さらに本体部１には切屑排出溝２が形成されることにより、先端視において、回転方向に対して逆方向を向く第１壁面１２および回転方向に対して順方向を向く第２壁面１３が形成されている。

本体部１は、上述のように円柱状である。すなわち、回転中心軸Ｏを中心とする軸芯部の半径ｒ、すなわち回転中心軸Ｏから切屑排出溝２までの最短距離が先端面から後端面にわたって一定である。また、軸芯部の半径ｒが先端面から後端面にわたって大きくなるようなテーパ状であってもよく、あるいは軸芯部の半径ｒが先端面から後端面にわたって小さくなるような逆テーパ状であってもよい。

本実施形態においては、回転中心軸Ｏに垂直な断面において、先端面における直径をＤ１とし、先端以外の外周面部位における直径をＤ２とするときＤ１＝Ｄ２を満たすように設計されている。また、切削部は、ドリル径（外径）が先端面から後端面に向かうに従って大きくなるか、あるいは小さくなるように傾斜していてもよい。さらに、切削部には、アンダーカット部を設けてもよい。 本体部１の材料としては、当業者が通常ドリルに使用する材料であれば特に制限されない。例えば、超硬合金（例えば、超微粒子超硬）またはそのコーティング物などが用いられる。

切屑排出溝２は、本体部１の先端面および外周面１１に開口し、かつ回転中心軸Ｏに沿って外周面１１にらせん状に設けられるとともに、先端視において、第１壁面１２および第２壁面１３が形成されるように回転方向に沿って設けられている。

切屑排出溝２の捩れ角の大きさは、特に制限されない。例えば、３０°以上、好ましく
は３０〜６０°、より好ましくは４０〜５０°に設定される。捩れ角を３０°以上にすることによって、例えば、プリント基板に小径の穴を開ける場合、あるいは深穴加工をする場合に、切屑排出性を良好にすることができる。さらに捩れ角を４０°以上有する場合は、さらに良好な加工面を得ることができる。

なお、切屑排出溝２の捩れ角は、本体部１の全長に渡って（先端部から後端部に渡って）一定であってもよいし、あるいは部分的に変化してもよい。

本実施形態においては、切屑排出溝２は、側面視において境界部２１を有し、第１壁面１２を有する第１領域２３と、第２壁面１３を有する第２領域２２とに分かれている。第１領域２３は、主として切刃４から生成される切屑を排出する役割を果たす。第２領域２２は、主にクリアランスの役割を果たす。このクリアランスは、ドリル１０と被削材の加工穴の内壁との接触を低減する役割を有するとともに、切削時における切屑排出性の向上に寄与している。本実施形態においては、第２領域２２は、先端面から後端面まで連続して延びており、切屑排出性の向上に寄与している。

本実施形態においては、切屑排出溝２は、先端面から後端面に向かうにつれて境界部２１がなくなり、第１領域２３および第２領域２２が一つの底面を形成している。このように第１領域２３および第２領域が一つの滑らかな曲面を形成することによって、切屑がよりスムーズに排出されることが可能となる。

逃げ面３は、本体部１の先端面に位置し、先端視において、第１壁面１２に接続される第１逃げ面３１と、第１逃げ面３１の回転方向に順次形成される第２逃げ面３２、第３逃げ面３３、および第４逃げ面３４を有している。

逃げ面３は、複数の面で形成されている。本実施形態においては、逃げ面３は、切刃４に接続される第１逃げ面３１と、湾曲稜線部５に接続される第２逃げ面３２との４つの面を有し、さらに図２に示すように第３逃げ面３３および第４逃げ面３４が形成されている。本実施形態においては、さらに第１逃げ面３１の逃げ角と第３逃げ面３３の逃げ角が等しく、第２逃げ面３２の逃げ角と第４逃げ面３４の逃げ角が等しくなるように形成されている。本明細書において、逃げ角とは、逃げ面３と送り量が０の場合に切刃４によって形成される被削面とのなす角度（°）をいう。

本実施形態のように第１逃げ面および第２逃げ面を有する場合、第２逃げ面３２の逃げ角は、第１逃げ面３１の逃げ角よりも大きいことが好ましい。このように第２逃げ面３２の逃げ角が第１逃げ面３１の逃げ角よりも大きくすることによって、チゼルの切れ味が良くなる。本実施形態においては特に図示しないが、第１逃げ面３１の逃げ角が５〜１５°程度、第２逃げ面３２の逃げ角が２０〜４０°程度である。

本実施形態においては、さらに先端視において、湾曲稜線部５の外周面側端部と回転中心軸Ｏとを結ぶ直線Ｂと、第１逃げ面３１と第２逃げ面３２との交差線とのなす角度θＢが９０°以上であり、さらに、角度θＢが、切刃４の外周面側端部と回転中心軸Ｏとを結ぶ直線Ａと、第１逃げ面３１と第２逃げ面３２との交差線とのなす角度θＡよりも大きく設計されている。

さらに角度θＡとθＢとは合計量で９０〜１６０°程度有していることが好ましい。この合計量が１６０°に近づく程、切削時のドリル１０の直進性は安定している。またこの合計量が９０°に近づく程、切削時の切削抵抗をより小さくすることができる。好ましくは合計量が１１０〜１６０°程度である。

切刃４は、第１壁面１２と逃げ面３との交差部に位置している。

湾曲稜線部５は、第２壁面１３と逃げ面３との交差部に位置しており、さらに側面視において回転中心軸Ｏ側に湾曲している。このように稜線部５が湾曲していることによって、被削材を切削する際に、少なくともこの湾曲稜線部５の外周面側端部近傍が被削材と接触し、被削材との間に隙間が生じる。このような構成によって、切刃、特にチゼルエッジから生成された切屑が逃げ面３内に進入した場合においても、切屑がこの隙間から排出されることが可能であり、切屑のつまりが抑制される。なお、湾曲稜線部５が被削材と接触する外周面側端部近傍とは、ドリルの送り量によって適宜設定されるが、例えば、湾曲稜線部５のうち外周面から１／３程度の長さをいう。

また、本実施態様においては、例えば、湾曲稜線部５の両端部（いわゆる回転中心軸側端部および外周面側端部）近傍のみが被削材と接触することで両端部間と被削材との間に隙間が生じる場合もある。湾曲稜線部５は、例えば、側面視において円弧状であることが好ましい。

切刃４の外周面側端部の高さ位置と湾曲稜線部５の外周面側端部との高さ位置は、側面視において異なっている。この高さ位置の差は、ドリルが１回転あたりに回転中心軸Ｏ方向に進む距離Ｆ（送り量ともいう）に応じて適宜設定される。具体的には、側面視において、切刃４の外周面側端部の高さ位置と湾曲稜線部５の外周面側端部の高さ位置との差が、以下の式を満たす距離ｆとの関係を考慮する
ｆ＝Ｆ×θ／３６０
ここで、Ｆは切削する際に本体部１回転当たりに本体部が回転中心軸に沿う方向に進行する距離（ｍｍ）であり、θは先端視において切刃の外周面側端部と回転中心軸とを結ぶ直線Ａと、湾曲稜線部の外周面側端部と回転中心軸とを結ぶ直線Ｂとのなす角度（°）である。

例えば、上記高さ位置の差がｆ以下である場合、切削時において被削材が切刃４（外周面側端部）に接触すると、確実に湾曲稜線部５（外周面側端部）にも接触する。そのため、切削時において、被削材に対して切刃と湾曲稜線部との少なくとも２点で支持しながら切削されるためドリルの進行時においてブレが少なく、優れた直進性を有するため好適である。また、上記高さ位置の差がｆより大きい場合は、切削時において被削材が湾曲稜線部５に接触することが少なく、切削抵抗がより小さくなる場合がある。

他方、本実施形態において、切削時における切削抵抗の増大を抑制する観点から、切刃４の外周面側端部の高さ位置と湾曲稜線部５の外周面側端部の高さ位置との差は、側面視において距離ｆの１／２以上であることが好ましい。

また、ある実施態様においては、刃４の外周面側端部の高さ位置と湾曲稜線部５の外周面側端部の高さ位置との差は、本体部１の直径の４〜１０％である。

チゼル部６は、穴開け加工の際に最初に被削材に接触する部分であり、上述のように、本体部１の先端に位置しており、その先端稜線は、先端視において、回転中心軸Ｏをとおり、切刃４の回転中心軸Ｏ側端部と湾曲稜線部５の回転中心軸Ｏ側端部とを結ぶように形成されている。このようにチゼル部６の先端稜線が湾曲稜線部と接続されていることにより、チゼル部６により生成される、逃げ面内に侵入しやすい切屑を円滑に排出することができる。

以上のような構成を有するドリル１０は、切削部の後端側に形成される把持部を工作機械のドリル保持部に挿入して用いる。このような工作機械は、当業者が通常用いるもので
あればよく特に制限されないが、例えば、マシニングセンタなどの種々の機械が用いられる。このような工作機械に取り付けられたドリル１０は、回転中心軸Ｏ回りに回転されるとともに回転中心軸Ｏ方向先端側に向けて送られて、例えば、被削材に押し当てられ、被切削材に所定の内径の加工穴を形成することができる。被削材としては、例えば、熱耐性の少ない樹脂基板、この樹脂基板を用いた複合基板などが挙げられる。複合基板としては、例えば、ガラス繊維にエポキシ等の樹脂を含浸させたガラス・エポキシ材料に、銅箔を積層したようなプリント基板が挙げられる。このような基板は、穴開け加工時にスムーズに切屑を排出できない場合には、銅箔の切屑が加工穴の内壁を損傷させたり、切削熱が外部に逃げずに加工穴の内部に蓄積されることで樹脂が軟化して加工穴の内壁面の粗さが大きくなるおそれがある。本発明のドリル１０は、刃径が０．６ｍｍ未満、好ましくは０．３ｍｍ未満の小径ドリル、深穴加工用ドリルとして好適に用いられるものであり、特に熱的損傷を受けやすい被削材などの穴あけ加工に適している。

＜被削加工物の製造方法＞
本発明の切削加工物の製造方法は、上記一枚刃ドリルを回転中心軸Ｏまわりに回転させる工程と、切刃４および湾曲稜線部５を被削材に接触させる工程と、被削材と一枚刃ドリルとを相対的に離隔させる工程とを備えている。上記被削加工物の製造方法に用いる被削材としては、例えば、プラスチックを含浸させたガラス・エポキシ材料からなるプリント基板などが挙げられる。

ドリル１０の切刃４および湾曲稜線部５と被削材とを接触させる工程は、例えば、被削材を、ドリル１０を取り付けた工作機械のテーブル上に固定し、ドリル１０を回転した状態で近づけることによって行われる。ドリル１０は被削材と相対的に近付けばよく、被削材をドリル１０に近づけてもよい。

次いで、ドリル１０の切刃を被削材の表面の所望の位置に接触させて穴あけ加工し、最後に被削材からドリル１０を離間させる。なお、１つの被削材に対して複数の孔をあける場合、上記工程を繰り返して行えばよい。

以上、本発明の実施形態を例示したが、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、発明の目的を逸脱しない限り任意のものとすることができることはいうまでもない。

１ 本体部
１１ 外周面
１２ 第１壁面
１３ 第２壁面
２ 切屑排出溝
２１ 境界部
２２ 第２領域
２３ 第１領域
３ 逃げ面
３１ 第１逃げ面
３２ 第２逃げ面
３３ 第３逃げ面
３４ 第４逃げ面
４ 切刃
５ 湾曲稜線部
６ チゼル部

Claims (10)

1. 回転中心軸を有する円柱状の本体部と、
   該本体部の先端面および外周面に開口し、かつ前記回転中心軸に沿って前記外周面にらせん状に設けられるとともに、先端視において、前記回転方向の後方端に位置して前記回転方向の前方側を向く第１壁面および前記回転方向の前方端に位置して前記回転方向の後方側を向く第２壁面が形成されるように回転方向に沿って設けられている１つの切屑排出溝と、
   前記本体部の前記先端面に位置し、先端視において、前記第１壁面に接続される第１逃げ面と、該第１逃げ面に対して前記回転方向の後方側に隣接して、前記第２壁面に接続される第２逃げ面と、該第２逃げ面に対して前記回転方向の後方側に位置して順次形成される第３逃げ面および第４逃げ面とを有する逃げ面と、
   前記第１壁面と前記第１逃げ面とが交差する稜線に位置する切刃と、
   前記第２壁面と前記第２逃げ面とが交差する稜線に位置するとともに、側面視において前記本体部の後端側に向かって湾曲している湾曲稜線部と
   を備えており、
   側面視において、前記切刃の外周面側端部と前記湾曲稜線部の外周面側端部の高さ位置が異なっており、
   前記切刃によって被削材を切削する際に、前記湾曲稜線部の外周面側端部が前記被削材に接触し、少なくとも前記湾曲稜線部の中央部分が前記被削材から離れることを特徴とする、一枚刃ドリル。
2. 側面視において、前記切刃の外周面側端部の高さ位置と前記湾曲稜線部の外周面側端部の高さ位置との差は、以下の式を満たす距離ｆ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の一枚刃ドリル。
   ｆ＝Ｆ×θ／３６０
   （Ｆ：切削する際に本体部１回転当たりに本体部が回転中心軸に沿う方向に進行する距離（ｍｍ）、θ：先端視において切刃の外周面側端部と回転中心軸とを結ぶ直線Ａと、湾曲稜線部の外周面側端部と回転中心軸とを結ぶ直線Ｂとのなす角度（°））
3. 側面視において、前記切刃の外周面側端部の高さ位置と前記湾曲稜線部の外周面側端部の高さ位置との差は、前記距離ｆの１／２よりも大きいことを特徴とする、請求項２に記載の一枚刃ドリル。
4. 前記第１逃げ面の逃げ角は、前記第２逃げ面の逃げ角よりも小さいことを特徴とする、
   請求項１から３のいずれかの項に記載の一枚刃ドリル。
5. 先端視において、前記湾曲稜線部の前記外周面側端部と前記回転中心軸とを結ぶ直線Ｂと、前記第１逃げ面と前記第２逃げ面とが交差する稜線とのなす角度θＢは９０°以上であり、
   該角度θＢは、先端視において前記切刃の前記外周面側端部と前記回転中心軸とを結ぶ直線Ａと、前記第１逃げ面と前記第２逃げ面とが交差する稜線とのなす角度θＡよりも大きいことを特徴とする、請求項４に記載の一枚刃ドリル。
6. 前記本体部は、先端に突出したチゼル部をさらに有しており、該チゼル部の先端稜線は、先端視において、前記回転中心軸をとおり、前記切刃の回転中心軸側端部と前記湾曲稜線部の回転中心軸側端部とを結ぶことを特徴とする、請求項１から５のいずれかの項に記載の一枚刃ドリル。
7. 前記湾曲稜線部は、側面視において円弧状であることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の一枚刃ドリル。
8. 側面視において、前記切刃の外周面側端部の高さ位置と前記湾曲稜線部の外周面側端部の高さ位置との差は、前記本体部の直径の４〜１０％であることを特徴とする、請求項１から７のいずれかの項に記載の一枚刃ドリル。
9. 前記切屑排出溝は、側面視において底面部にらせん状の境界部を有しており、
   前記第１壁面を有する第１領域と、前記第１領域とは前記境界部により分離される、前記第２壁面を有する第２領域とを有していることを特徴とする、請求項１から８のいずれかの項に記載の一枚刃ドリル。
10. 請求項１から９のいずれかの項に記載の一枚刃ドリルを前記回転中心軸周りに回転させる工程と、前記第１切刃および前記円弧状稜線部を被削材に接触させる工程と、
    前記被削材と前記一枚刃ドリルとを相対的に離隔させる工程と、
    を備える切削加工物の製造方法。

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