TWI446980B - Small diameter drill - Google Patents

Description

小直徑鑽頭

本發明，係與直徑為3.175mm(1/8英吋)以下之小直徑鑽頭相關。

傳統之小直徑鑽頭，例如，有如專利文獻1所示者。亦即，專利文獻1之發明，具備相對於工具旋轉軸線為線對稱配置的二條溝，係於前端具備切刃及刀口之直徑為φ 3.175mm以下之小直徑鑽頭，相對於工具旋轉軸線以線對稱形成削磨部。

專利文獻1：日本特開平7-164228號公報

專利文獻1之小直徑鑽頭，尤其是，在安裝積體電路及各種電子零件之印刷電路板鑽孔時，的目的係提高加工孔之位置精度(以下，稱為孔位置精度)。然而，專利文獻1之小直徑鑽頭的削磨部加工所形成的切刃，因為傾角為負角度，切削效能不足容易導致被削材出現較大之結塊衝擊。所以，專利文獻1之小直徑鑽頭，孔位置精度之改善並不充份。此外，專利文獻1之小直徑鑽頭，因為切削力集中於以削磨部之加工所形成的切刃，有容易出現從削磨部周邊發生破損、或較大切削力導致折損之問題。而且，專利文獻1之小直徑鑽頭，隨著摩耗的增加，削磨部變 淺並導致面積縮小，失去了利用削磨部來改善孔位置精度的效果。並且，由削磨部之加工所形成的切刃部分，因為很快就變磨圓，孔位置精度的改善效果很快就會減弱。

例如，使用於印刷電路板孔之鑽孔的小直徑鑽頭，在工具壽命結束時，再研磨前端並再使用數次是一般的做法。然而，專利文獻1所示之削磨部形狀，難以再研磨時來再形成，再研磨之前後，小直徑鑽頭的切刃形狀完全不同。所以，有再研磨前後之切削性能完全改變的問題。

本發明係提供一種，可提高孔位置精度，抑制摩耗進行所導致之削磨部的面積縮小，不易破損及折損，容易再研磨，可維持一定之再研磨後的切削性能，直徑為3.175mm以下之小直徑鑽頭。

本發明之小直徑鑽頭，具備從前端面(3)朝向後端側配設之至少一條溝(2)、以及形成於該前端面(3)之切刃(4)及刀口(5)，且具有3.175mm以下之直徑(D)的小直徑鑽頭，其特徵為，具有從前述前端面(3)朝後端側延伸而於前述小直徑鑽頭之至少前端區域之刀葉厚度變薄的方式所形成之凹部(6)，前述切刃(4)，含有：形成於前述至少一條溝(2)所形成具有正傾角之刃面與前述前端面(3)之交叉部的第1切刃部(4a)；及形成於前述凹部(6)所形成具有正傾角之刃面與前述前端面(3)的交叉部之至少一部分的第2切刃部(4b)，前述第2切刃部(4b)，連接於前述第1切刃部(4a)，而且，與前述刀口(5)交叉。

本發明之小直徑鑽頭，因為對形成著第2切刃部之凹部的刃面，賦予與第1切刃部之刃面的傾角相同之正傾角，小直徑鑽頭之切削效能大幅提升。而且，降低施加於小直徑鑽頭之切削阻抗(旋轉阻抗及旋轉軸方向推力阻抗)，而提高孔位置精度。並且，此處所指之孔位置精度的提升，當然包含孔入口之位置精度(機械指令位置與加工之孔位置的偏離)的提升，也包含孔彎曲的改善及孔出口之位置精度的提升在內。

此外，本發明之凹部，從小直徑鑽頭之前端朝後端側延伸，即使前端面之摩耗持續，從前端側觀察時之凹部的形狀也沒有變化，第2切刃部不易變圓。減緩孔位置精度的劣化速度，大幅延長工具壽命。

而且，本發明之凹部，即使在切刃進行至少一次再研磨時，也具有維持第2切刃之形狀的長度。所以，只要再研磨前端面，即可再生與新品相同之切刃形狀。所以，本發明之小直徑鑽頭，在再研磨之前後，切削性能沒有變化。

一邊參照圖式，一邊針對本發明之實施方式進行說明。

第1圖係第1實施方式之小直徑鑽頭的右側面放大圖。第2圖係第1圖之小直徑鑽頭的右側面圖。第3圖係第1圖之小直徑鑽頭的正面放大圖。第4圖係第1圖之小直 徑鑽頭的IV-IV線方向剖面圖。第5圖係第1圖之小直徑鑽頭的正面放大說明圖。第6圖係第2實施方式之小直徑鑽頭的右側面放大圖。第7圖係第6圖之小直徑鑽頭的左側面放大圖。第8圖係第3實施方式之小直徑鑽頭的正面放大圖。第9圖至第11圖係小直徑鑽頭的實驗結果。

如第1圖至第4圖所示，在第1實施方式之小直徑鑽頭1，形成有右旋之二條溝2。本實施方式時，二條溝2係相對於工具旋轉軸線O為線對稱配置。

前端面3，具有側腹面的機能，在該2個側腹面的交叉部，形成刀口5，在前端面3與形成於溝2之具有未圖示之正傾角的刃面之直線狀交叉部，形成有第1切刃4a。而且，刀口5，在前端面3之中心附近，產生如前端切刃之作用。

於二條溝2，形成有作為凹部的削磨部6。而且，「削磨部」係指為了在由二條溝2之溝底所形成之刀葉9(參照第4圖)之前端形成切刃(第2切刃4b)而進行追加機械加工之區域。削磨部6，從前端面3朝後端側延伸，係由以薄於小直徑鑽頭1之至少前端區域之刀葉9厚度的方式所形成之凹部來構成，以沿著削磨部6之旋轉軸線O的長度小於溝2長度的長度來形成。

在削磨部6，形成具有未圖示之正傾角的削磨面，在朝向該削磨面與前端面3之旋轉方向彎曲成凹狀之交叉部的一部分，形成有第2切刃4b。該第2切刃4b，連接於第1切刃4a，而且，與刀口5交叉。「與刀口5交叉」， 如本實施方式所示，除了第2切刃4b與刀口5交叉時以外，尚包含刀口5之端點與削磨部6之削磨面及前端面3之交點線的其中一方端點一致時，亦即，與第2切刃4b之其中一端點一致時。

本實施方式時，削磨部6，係將前端面3部分相對於小直徑鑽頭1之旋轉軸線O削除成線對稱形狀之方式來形成。所以，削磨部6之加工所形成的第2切刃部4b，係以線對稱配置方式來形成。線對稱配置的話，容易取得旋轉均衡，而且，也容易取得切削力均衡。削磨部6之形成範圍，並無特別限制，然而，可以在考慮再研磨之預定次數及小直徑鑽頭1必要剛性等數個要素來設定。

小直徑鑽頭1之後端7側，形成有圓筒狀之柄部8。本實施方式時，對應由小直徑鑽頭1所加工之孔徑的工具徑(直徑)φ Dmm，約為φ 0.250mm。柄部7之柄部徑，約為φ 3.175mm。削磨部6之長度，從小直徑鑽頭1之前端面3朝後端7側沿著旋轉軸線O方向測定的話，約為0.8mm。一般而言，約0.8mm之長度的話，可以對應5次程度之再研磨。削磨部6之長度以0.5mm以上、以1.5mm以下之範圍為佳。例如，工具徑φ Dmm為φ 0.150mm時，以約0.6mm為佳。工具徑φ Dmm為φ 2.000mm以上時，以約1.5mm為佳。而且，削磨部6之長度，一般而言，係至削磨部6消失為止之長度，然而，此處，係削磨部6之形狀保持大致一定的長度。

溝2的溝長，可以對應工具徑φ Dmm來適度決定。本 實施方式時，溝2的溝長，從小直徑鑽頭1之前端3側朝後端7側方向測定的話，約為3.5mm。削磨部6之長度，以溝長之一半以下為佳。本實施方式時，約為23%。

扭轉角，並無特別限制。印刷電路板用之小直徑鑽頭時，本發明之小直徑鑽頭1之扭轉角以30°以上、60°以下為佳，最好為40°以上、50°以下。本實施方式時，扭轉角約為45°(未圖示)。

而且，一般而言，工具徑φ Dmm為φ 1.500mm以上之小直徑鑽頭時，剛性夠高，幾乎不會發生孔位置精度的問題。本發明，對於工具徑φ Dmm為φ 1.500mm以下之小直徑鑽頭1時，孔位置精度的提升效果特別高。尤其是，工具徑φ Dmm為φ 0.500mm以下時，孔位置精度的提升效果特別高。例如，因為於工具徑φ Dmm約φ 0.100mm之非常細的小直徑鑽頭1，也可形成長度約0.6mm之削磨部6，確認到孔位置精度的提升效果。

從前端面3側觀察到之削磨部6的形狀，利用第5圖之正面圖來進行說明。各削磨部6之刃面與前端面(3)所形成2之交點線之間的距離Amm，相當於小直徑鑽頭1前端3的心厚，亦即，相當於前端面3之刀葉9的厚度。如本實施方式之2片刃時，如第5圖所示，與2個削磨部6與前端面3之2條交點線相切的圓當中，最小直徑之圓的直徑φ Amm為2個削磨部6之間的距離Amm。該距離Amm愈短則切刃4愈接近旋轉軸線O，故可提供切削效能良好之小直徑鑽頭1。

然而，一般而言，於小直徑鑽頭設置削磨面等之凹部的話，可能有前端部分強度不足而發生破損或折損等之問題。而且，因為也有再研磨之問題，小直徑鑽頭一般不實施削磨面等。亦即，在不發生破損或折損等問題的情形，提升孔位置精度之削磨面形狀，事實上應該難以實現。

本發明，為了兼顧上述相反之2個課題(切削效能提升及防止破損)，苜先，著眼於距離Amm，了解其影響及可適用範圍。

後述實驗之結果，得到以下之可適用範圍。以小直徑鑽頭1之工具徑φ Dmm作為基準(100%)的話，2個削磨部6之間的距離Amm，比率A/D以15%以上、35%以下之範圍為佳。該比率A/D未達15%時，前端部分強度不足，加工開始之結塊容易發生破損及折損。相反的，比率A/D超過35%的話，無法得到設置削磨部6的效果，孔位置精度未提升。該比率A/D為20%以上、25%以下之範圍特別好。本實施方式時，約為20%。

此外，雖然並未圖示，然而，3片刃以上之小直徑鑽頭時，描繪3個以上之削磨面當中之內切於3個削磨面的最小直徑之圓時，該圓之直徑φ Amm作用如小直徑鑽頭1之前端面3的心厚。而且，削磨部6以相對於旋轉軸線O為線對稱設置時，理論上，係描繪與3個以上之所有削磨部6相切的圓。然而，實際上，因為受到製造誤差等之影響，以切於3個削磨部6之圓當中之最小直徑之圓來求取。其他方法，也可以考慮以求取最接近旋轉軸線O之削磨 部6的距離之2倍的方法。此處，係考慮測定之容易度，而採用利用切於3個削磨部6之圓當中之最小直徑的圓之方法。

不只是小直徑鑽頭，例如，於一般之金屬加工用鑽頭等之工具徑為φ 3.20mm以上之鑽頭等設置削磨面時，該比率A/D通常為4%以上、15%以下。如前面所述，直接以該比率A/D為15%以下適用於小直徑鑽頭的話，削磨面周邊強度不足而結塊時，容易發生破損或折損。所以，被認為難以在小直徑鑽頭設置削磨面。

第6圖，係第2實施方式之小直徑鑽頭1A的圖示。此外，第6圖及第7圖中，與第1實施方式相同之構成部分賦予相同符號。本實施方式時，於前端面3附近形成二條溝2，該二條溝2係以朝後端7之中途合流成一條溝2。合流方法，可以利用各種傳統技術。例如，可以從前端面3開始逐漸改變各溝2之扭轉角來形成。或者，使其中一方之溝2從中途開始改變扭轉角來形成，只要以使其合流之方式進行調整即可。

是以，於中途使溝2合流的話，藉由在小直徑鑽頭1之較細的根部側，使垂直旋轉軸線O之剖面中的溝2剖面積較小，來提高剛性。小直徑鑽頭1之根部側，因為係有較大彎曲力矩作用之部分，該處之剛性對鑽頭之彎曲十分重要。使溝2合流的結果，可以得到更不易彎曲且孔位置精度較高之小直徑鑽頭1。藉由與前述削磨部6之形狀的相乘效果，實現更高之孔位置精度，且長期維持其高精度 。另一方面，切屑之排出性方面，例如，如本實施方式之使溝2緩慢合流的話，沒有問題，且確保良好之切屑排出性。

其次，針對刀口5之長度Cmm之影響及可適用範圍進行說明。如第5圖所示，因為形成削磨部6而縮短之刀口5的長度Cmm，與前述複數削磨部6之間的距離Amm相同，在前端面3，切刃4與旋轉軸線O有少許間隔。此處，考慮測定之容易度，係以刃數為偶數時，具體而言，係以2片刃時來進行說明。此外，刃數為4片刃時，以於2處求取之距離中之較短一方的距離作為Cmm。若刃數為奇數時，亦即，3片刃時，測定從工具旋轉軸線O至刀口5之端點的距離，以相當於最短距離之2倍的長度作為Cmm。難以測定時，也可考慮描繪通過3個刀口之外側端點的圓，以其圓之直徑作為長度Cmm的方法。刀口之長度Cmm，係以工具徑φ Dmm作為基準，其比率C/D以40%以上、70%以下之範圍為佳。其比率C/D未達40%時，前端部分強度不足，發生破損或折損的問題。相反的，超過70%的話，無法得到設置削磨部6的效果，未能提升孔位置精度。其比率C/D，最好為45%以上、60%以下之範圍。本實施方式時，約為50%。

其次，針對未設置削磨部6時之刀口5的虛擬長度Emm之影響及可適用範圍進行說明。如第5圖所示，未設置削磨部6時，推測刀口5係持續至從刀口5延伸之虛擬直線、及從第1切刃4a延伸之虛擬直線的虛擬交點P1為 止。考慮測定之容易度，針對刃數為偶數時，進一步針對將刃數限定為2片刃時來進行說明。設置前述削磨部6時之刀口5的長度Cmm、及長度Emm之比率C/E，係削磨部6之有無之刀口5長度的變化率。所以，其比率C/E愈小，則削磨部6所產生之第2切刃4b的長度愈長。該比率C/E，以65%以上、100%以下之範圍為佳。該比率C/E未達65%時，刀口之長度Cmm、及長度Dmm之均衡性較差。此處說明之比率C/E為100%之狀態，係指削磨部6之其中一方端點、及刀口5之其中一方端點一致的形狀。亦即，係指雖然設有削磨部6但其未與刀口5交叉之形狀，所以，此時，刀口5未較短。設置削磨部6的效果，除了縮短刀口5之長度以外，也具有優良效果。亦即，即使刀口長度Cmm相同，削磨部6之形狀也可進一步提升孔位置精度。

以削磨部6縮短刀口長度Cmm時，不但希望具有相乘效果，也希望能適度地保持均衡。比率C/E，最好為70%以上、80%以下之範圍。本實施方式約為75%。

到目前為止，係以形成二條溝之實施方式為中心來進行說明，然而，本發明，例如，也可適用於只形成1條溝之小直徑鑽頭。形成一條溝之第3實施方式如第8圖所示。如第8圖所示，一條溝2時，也以於刀口5兩側實施削磨部6為佳。該實施方式時，削磨面形狀係形成為相對於旋轉軸線O為線對稱之形狀。然而，並未受限於該形狀。削磨面形狀，例如，亦可考慮切削力之均衡等而形成為非 對稱形狀。此外，溝，並未受到相對於旋轉軸線O為線對稱形狀之限制。例如，以非對稱方式形成二條以上之溝的小直徑鑽頭時，2個以上之削磨面形狀也可以非對稱方式來形成。

從第9圖至第11圖，係包含第1實施方式在內之本發明的小直徑鑽頭1實驗結果。此外，實驗結果如前述之說明所示。參考該實驗結果，本發明之效果獲得驗證。比率A/D，如第9圖所示，15%以上、35%以下之範圍的實驗結果良好。實驗條件，如以下所示。

加工基板，係將2片印刷電路板用之FR-4(厚度1.6mm之4層板)重疊加工。抵壓板係使用鋁板。主軸旋轉數，係160,000min-1(旋轉/分)。饋送速度係3.2m/min。

切削性能之判定基準，以5000hits(孔)加工為止之孔位置精度為0.050mm以下時作為合格判定(○判定)。此外，孔位置精度為0.045mm以下時，視為特別良好範圍(◎判定)。該孔位置精度之數值，係所謂平均值+3 σ之數值。印刷電路板之孔位置精度的判定，一般而言，係利用孔分析機(孔位置座標測定機)，並以目標中心座標所測定之孔中心座標值的分佈來表示從原來指令位置偏離多少。孔位置精度，一般有2種評估方法，以距離中心之最大值來表示的方法、及以對有誤差之平均值加上標準偏差σ之3倍的值(平均值+3 σ)來表示的方法。但是，最大值評估方法，例如，有時會受到表面損傷等之突發問題的 影響。此處，選擇以平均值+3 σ之數值來評估孔位置精度的方法。

另一方面，由相同實驗分析對工具壽命延長之影響的話，得到以下之結果。例如，孔位置精度之判定基準為0.040mm以下時，第1實施方式之小直徑鑽頭1，相對於相同形狀而未設置削磨面之小直徑鑽頭，得到約2倍之工具壽命。如前面所述，第1實施方式之小直徑鑽頭1的比率A/D約為20%。

比率C/D，如第10圖所示，40%以上、70%以下良好。實驗條件及判定基準，與比率A/D相同。如前面所述，第1實施方式之小直徑鑽頭1的比率C/D約為50%。

比率C/E，如第11圖所示，60%以上良好。實驗條件及判定基準，與比率A/D等相同。如前面所述，第1實施方式之小直徑鑽頭1的比率C/E約為75%。

以上說明之小直徑鑽頭1，可自由裝卸於印刷電路板等之孔專用工作機械，係對被加工物進行相對運動來實施切削加工(孔)。工作機械，也可以使用搪床及切削機等之可安裝小直徑鑽頭的工作機械。

本發明，並未受限於以上說明之實施方式者，只要未背離發明之要旨範圍，可以進行適度之構成變更、追加、及削除。例如，不但可以適用於印刷電路板，也可適用於金屬之孔加工用小直徑鑽頭等。

O‧‧‧旋轉軸線

1‧‧‧小直徑鑽頭

1A‧‧‧小直徑鑽頭

2‧‧‧溝

3‧‧‧前端面

4‧‧‧切刃

4a‧‧‧第1切刃部

4b‧‧‧第2切刃部

5‧‧‧刀口

6‧‧‧凹部

7‧‧‧後端

8‧‧‧柄部

9‧‧‧刀葉

第1圖係第1實施方式之小直徑鑽頭的右側面放大圖

第2圖係第1圖之小直徑鑽頭的右側面圖

第3圖係第1圖之小直徑鑽頭的正面放大圖

第4圖係第1圖之小直徑鑽頭的IV-IV線方向剖面圖

第5圖係第1圖之小直徑鑽頭的正面放大說明圖

第6圖係第2實施方式之小直徑鑽頭的右側面放大圖

第7圖係第6圖之小直徑鑽頭的左側面放大圖

第8圖係第3實施方式之小直徑鑽頭的正面放大圖

第9圖係小直徑鑽頭的第1實驗結果

第10圖係小直徑鑽頭的第2實驗結果

第11圖係小直徑鑽頭的第3實驗結果

2‧‧‧溝

3‧‧‧前端面

4‧‧‧切刃

4a‧‧‧第1切刃部

4b‧‧‧第2切刃部

5‧‧‧刀口

6‧‧‧凹部

Claims (10)

1. 一種小直徑鑽頭，其係具備從前端面(3)朝向後端側配設之至少一條溝(2)、以及形成於該前端面(3)之切刃(4)及刀口(5)，且具有3.175mm以下之直徑(D)的小直徑鑽頭，其特徵為：具有凹部(6)，該凹部(6)係以從前述前端面(3)朝軸線方向後端側延伸而於前述小直徑鑽頭之至少前端區域之刀葉(9)厚度變薄的方式來形成在前述溝(2)，前述切刃(4)，含有：形成於至少一條前述溝(2)所形成具有正傾角的刃面與前述前端面(3)之交叉部的第1切刃部(4a)；及形成於前述凹部(6)所形成具有正傾角的削磨面與前述前端面(3)的交叉部之至少一部分的第2切刃部(4b)；且前述第2切刃部(4b)，係連接於前述第1切刃部(4a)，而且，與前述刀口(5)交叉。
2. 如申請專利範圍第1項記載之小直徑鑽頭，其中前述溝(2)，含有相對於前述小直徑鑽頭之旋轉軸線(O)以線對稱方式配置的複數條溝(2)，以分別對應於前述複數條溝(2)之方式來形成前述凹部(6)，從前述小直徑鑽頭之前端側觀察，分別針對該溝(2)為二條的情形下，求取與2個前述凹部(6)之削磨面與前述前端面(3)之交點線相切之圓(CL)時，或者，針對該溝(2)為三條以上的情形下，求取與3個前述 凹部(6)之削磨面與前述前端面(3)之交點線相切之圓(CL)時，將前述圓之直徑(A)相對該小直徑鑽頭之工具徑(D)的比例(A/D)設定在在15%以上、且在35%以下之範圍。
3. 如申請專利範圍第1或2項記載之小直徑鑽頭，其中前述溝(2)，含有相對於小直徑鑽頭之旋轉軸線(O)以線對稱方式配置的二條或四條之溝(2)，從前述小直徑鑽頭之前端側觀察，前述刀口(5)之長度(C)相對於該小直徑鑽頭之工具徑(D)的比例(C/D)，設定在40%以上、且在70%以下之範圍。
4. 如申請專利範圍第1或2項記載之小直徑鑽頭，其中前述溝(2)，含有二條之溝(2)，前述第1切刃部(4a)，從前述小直徑鑽頭之前端側觀察，係分別形成於該二條溝(2)之各刃面與前述前端面(3)之直線狀交叉部，從前述小直徑鑽頭之前端側觀察，求得將前述第1切刃部(4a)延長之虛擬直線、與將前述刀口(5)延長之虛擬直線之2個虛擬交點(P1)時，前述刀口(5)之長度(C)相對於該2個虛擬交點間之距離(E)的比例(C/E)，設定在65%以上、且在100%以下之範圍。
5. 如申請專利範圍第1或2項記載之小直徑鑽頭，其中前述凹部(6)之扭轉角，從前述前端面(3)至該凹部(6)所延伸之範圍的中途為止，以和前述溝(2)之扭轉角一致的方式來形成。
6. 如申請專利範圍第2項記載之小直徑鑽頭，其中由前述凹部(6)所形成之前述第2切刃部(4b)，係相對於前述旋轉軸線(O)以線對稱方式來配置。
7. 如申請專利範圍第1或2項記載之小直徑鑽頭，其中前述溝(2)，含有複數條之溝(2)，該複數條之溝(2)，係以從前述小直徑鑽頭之前端面(3)朝後端側的中途合流成一條之方式來形成。
8. 如申請專利範圍第1項記載之小直徑鑽頭，其中沿著前述凹部(6)之旋轉軸線方向的長度，係以對前述小直徑鑽頭實施再研磨時，以使前述第2切刃部(4b)之形狀不改變而維持一定的方式，設定成可確保至少一次之再研磨區域的長度。
9. 如申請專利範圍第1項記載之小直徑鑽頭，其中前述第1切刃部(4a)，從前述小直徑鑽頭之前端側觀察，係以直線狀延伸，前述第2切刃部(4b)，從前述小直徑鑽頭之前端側觀察，係相對於該小直徑鑽頭之旋轉方向彎曲成凹狀。
10. 如申請專利範圍第1項記載之小直徑鑽頭，其中前述凹部(6)，對至少一條之前述溝追加施以機械加工形成前述第2切刃部(4b)。