穴明け工具
【課題】切り屑の巻き付きを防止でき、小径ドリルであっても、折損寿命が長く穴位置精度が良好で安定した穴明け加工が実現可能な極めて実用性に秀れる穴明け工具の提供。
【解決手段】工具本体１の先端に１つ若しくは複数の切れ刃が設けられ、この工具本体１の外周に工具先端から基端側に向かう複数の螺旋状の切り屑排出溝２，３が設けられ、この複数の切り屑排出溝２，３は１つの主溝と１つ以上の副溝とを含み、前記主溝２の途中部に前記副溝３が連設される穴明け工具であって、前記主溝２及び前記副溝３のねじれ角を該主溝２と該副溝３との連設部４から工具基端側において略等しい角度に設定し、前記副溝３の溝長は前記主溝２の溝長の５０〜９５％に設定し、前記副溝３が前記連設部４から前記主溝２の終端より手前の所定位置まで前記主溝２と並走するように設ける。
【解決手段】工具本体１の先端に１つ若しくは複数の切れ刃が設けられ、この工具本体１の外周に工具先端から基端側に向かう複数の螺旋状の切り屑排出溝２，３が設けられ、この複数の切り屑排出溝２，３は１つの主溝と１つ以上の副溝とを含み、前記主溝２の途中部に前記副溝３が連設される穴明け工具であって、前記主溝２及び前記副溝３のねじれ角を該主溝２と該副溝３との連設部４から工具基端側において略等しい角度に設定し、前記副溝３の溝長は前記主溝２の溝長の５０〜９５％に設定し、前記副溝３が前記連設部４から前記主溝２の終端より手前の所定位置まで前記主溝２と並走するように設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、穴明け工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線板（ＰＣＢ）の穴明け加工には、図１に図示したような刃部Ｃを有するボデー部Ａとシャンク部Ｂとで構成されるドリルが使用される。サイズは用途によって様々であるが、一般に直径が０．７ｍｍ以下のドリルが多く使用されている。
【０００３】
具体的には、刃部Ｃには、図２に図示したように本体20の外周にドリル先端から基端側に向かう螺旋状の切り屑排出溝22が形成され、この切り屑排出溝22のすくい面と先端に設けられた第一の逃げ面24との交差稜線部には切れ刃21が形成されている（例えば特許文献１，２参照）。尚、図中、符号25は第一の逃げ面24の工具回転方向後方側に連設される第二の逃げ面、ｄ’は工具直径、ｌ’は切り屑排出溝の溝長、α’はねじれ角である。
【０００４】
また、アルミ合金、チタン、マグネシウム、銅などの非鉄系被削材向けの耐摩耗性と耐溶着性を有する皮膜として非晶質炭素皮膜が実用化され、ドリルやエンドミル、刃先交換型切削チップなどの切削工具に被覆されて用いられている（例えば特許文献３参照）。
【０００５】
ところで、ＰＣＢは銅と絶縁層としてのガラスクロスに樹脂を含浸させたものとを張り合わせて構成されるものであり、近年のＰＣＢは、更なる信頼性向上のため、耐熱性の向上、曲げ強度の強化及び低熱膨張化が求められており、ＰＣＢを構成するガラスクロスや樹脂の機械的強度を高めることで、高信頼を確保しているものが多くなっている。
【０００６】
しかしながら、穴明け加工を行う被削材として考慮した場合、上記構成のＰＣＢは機械的強度が高められた分だけドリルの摩耗を促進し易く、穴明け加工中のドリル折損や過度の摩耗に伴う穴位置精度等の穴品質の悪化を引き起こし易い。
【０００７】
一方、ＰＣＢの高密度化に伴い、要求される穴径（ドリルの直径）は年々径小化しており、直径が０．４ｍｍ以下の穴明け加工が多くなってきている。
【０００８】
また、穴明け加工工程においては、加工効率を考慮し、同仕様のＰＣＢを複数枚重ねて穴明け加工をするのが一般的である。具体的には、複数枚重ねたＰＣＢの上面にドリルの求心性を高める目的の当て板としてアルミ板または表面に樹脂が被覆された樹脂付きアルミ板を載置して穴明け加工をするのが一般的である。樹脂付きアルミ板はアルミ板よりも求心性を高める効果が高く、またドリルの折損の改善にも寄与するため、特に直径が０．４ｍｍ以下の小径ドリルの穴明け加工に用いられることが多い。
【０００９】
近年では、上記したような比較的加工性の悪いＰＣＢの加工に用いるＰＣＢ用小径ドリルに対しても、加工コスト削減を目的としたＰＣＢの重ね枚数の増加や、ドリルが折損せずに穴明け加工できる穴明け寿命の延長が要求されている。
【００１０】
しかしながら、当て板として樹脂付きアルミ板を用いて穴明け加工した場合は、アルミ板を用いて穴明け加工した場合よりも、ドリルの刃部Ｃの基端部近傍に切り屑の巻き付き残りが顕著に発生し、樹脂の粘性が高い程、また被覆された樹脂が厚い程、前述の切り屑の巻き付き残りが発生する傾向が高く、上記要求の実現は困難である。
【００１１】
これは、通常は穴明け加工時に発生する切り屑は穴明け機に付属される切り屑吸引機能によって吸引されて所定のダストボックスに搬出されるが、樹脂付きアルミ板を用いた場合、穴明け加工時の切削熱によって軟化した樹脂が切り屑と共に切り屑排出溝にガイドされて排出され、刃部Ｃの基端部近傍でドリルと切り屑を粘着するように作用するためと考えられ、引き続き穴明け加工を繰り返すことで切り屑の巻き付き残り量が増加するものと考えられる。
【００１２】
切り屑の巻き付き残り量は、穴明け加工時のドリルの回転数や送り速度の加工条件やＰＣＢの材質によっても変化するが、図３（ａ）に図示したように顕著な切り屑の巻き付き残りが発生し、この切り屑の巻き付き残りが続く穴明け加工中にその切り屑（切り屑塊）が何かしらの振動等をきっかけとしてドリルから離れ、前記吸引機能をもってしても吸引されずに当て板上に落下し、その後、穴明け加工しようとするドリルが落下した切り屑塊に干渉することで穴位置精度の悪化やドリルの折損が引き起こされると考えられる。尚、図３（ｂ）に当て板上に落下した切り屑塊を例示する。
【００１３】
また、例えば、特許文献４には、２つの切れ刃と２つの切り屑排出溝を有するＰＣＢドリルにおいて、各切り屑排出溝を先端から所定量後退した位置で合流させ、合流点よりも後方で１つの溝とすることで、剛性を向上させる技術が開示されているが、切り屑の巻き付きについては言及がなく、上記要求を満たすことはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開昭５６−３９８０７号公報
【特許文献２】特開２００６−５５９１５号公報
【特許文献３】特開２００１−３４１０２１号公報
【特許文献４】特開２００７−３０７６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上述のような現状に鑑みなされたもので、切り屑の巻き付きを防止でき、直径が０．７ｍｍ以下、特に０．４ｍｍ以下の小径ドリルであっても、折損寿命が長く穴位置精度が良好で安定した穴明け加工が実現可能な極めて実用性に秀れる穴明け工具を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【００１７】
工具本体１の先端に１つ若しくは複数の切れ刃が設けられ、この工具本体１の外周に工具先端から基端側に向かう複数の螺旋状の切り屑排出溝２，３が設けられ、この複数の切り屑排出溝２，３は１つの主溝と１つ以上の副溝とを含み、前記主溝２の途中部に前記副溝３が連設される穴明け工具であって、前記主溝２及び前記副溝３のねじれ角は該主溝２と該副溝３との連設部４から工具基端側において略等しい角度に設定され、前記副溝３の溝長は前記主溝２の溝長の５０〜９５％に設定され、前記副溝３が前記連設部４から前記主溝２の終端より手前の所定位置まで前記主溝２と並走するように設けられていることを特徴とする穴明け工具に係るものである。
【００１８】
また、工具本体１の先端に１つ若しくは複数の切れ刃が設けられ、この工具本体１の外周に工具先端から基端側に向かう複数の螺旋状の切り屑排出溝２，３が設けられ、この複数の切り屑排出溝２，３は１つの主溝と１つ以上の副溝とを含み、前記主溝２の途中部に前記副溝３が連設される穴明け工具であって、前記主溝２及び前記副溝３のねじれ角は該主溝２と該副溝３との連設部４から工具基端側において略等しい角度に設定され、前記副溝３の溝長は前記主溝２の溝長の７０〜９５％に設定され、前記副溝３が前記連設部４から前記主溝２の終端より手前の所定位置まで前記主溝２と並走するように設けられていることを特徴とする穴明け工具に係るものである。
【００１９】
また、請求項１，２いずれか１項に記載の穴明け工具において、前記連設部４における前記主溝２と前記副溝３との連設溝幅は、連設前の前記主溝２の溝幅の１．１〜１．９倍であることを特徴とする穴明け工具に係るものである。
【００２０】
また、請求項１，２いずれか１項に記載の穴明け工具において、前記連設部４における前記主溝２と前記副溝３との連設溝幅は、連設前の前記主溝２の溝幅の１．３〜１．８倍であることを特徴とする穴明け工具に係るものである。
【００２１】
また、請求項１〜４いずれか１項に記載の穴明け工具において、前記連設部４の始端は工具先端から工具直径の２倍以上の位置で且つ前記主溝２の溝長の５０％以下の位置に設けられていることを特徴とする穴明け工具に係るものである。
【００２２】
また、請求項１〜５いずれか１項に記載の穴明け工具において、前記主溝２及び副溝３の終端の切れ上がり端点５，６を含む夫々の工具軸直角断面における、前記主溝２の切れ上がり端点５と工具の回転軸心Ｏとを結ぶ第一の線及び前記副溝３の切れ上がり端点６と工具の回転軸心Ｏとを結ぶ第二の線を、工具の軸方向視における同一の軸直角投影面に投影した際、この投影面において前記第一の線と前記第二の線とがなす狭角のうち、少なくとも１つの狭角γが９０°より大きく１８０°以下であることを特徴とする穴明け工具に係るものである。
【００２３】
また、請求項１〜６いずれか１項に記載の穴明け工具において、前記切り屑排出溝２，３として前記主溝２と前記副溝３とが１つずつ設けられていることを特徴とする穴明け工具に係るものである。
【００２４】
また、請求項１〜７いずれか１項に記載の穴明け工具において、潤滑性皮膜として非晶質炭素皮膜が被覆されていることを特徴とする穴明け工具に係るものである。
【００２５】
また、請求項１〜８いずれか１項に記載の穴明け工具において、工具直径が０．４ｍｍ以下であることを特徴とする穴明け工具に係るものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は上述のように構成したから、切り屑の巻き付きを防止でき、直径が０．７ｍｍ以下、特に０．４ｍｍ以下の小径ドリルであっても、折損寿命が長く穴位置精度が良好で安定した穴明け加工が実現可能な極めて実用性に秀れる穴明け工具となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ＰＣＢ用ドリルの概略説明側面図である。
【図２】従来例の拡大概略説明図である。
【図３】（ａ）ドリルの刃部Ｃの基端部近傍における切り屑の巻き付き残りを例示する写真と、（ｂ）当て板上に落下した切り屑塊を例示する写真である。
【図４】本実施例の刃部の概略説明図である。
【図５】本実施例の切れ上がり狭角の概略説明図である。
【図６】主溝と副溝のねじれ角の概要を示す概略展開図である。
【図７】主溝と副溝のねじれ角の概要を示す概略展開図である。
【図８】主溝と副溝のねじれ角の概要を示す概略展開図である。
【図９】主溝と副溝のねじれ角の概要を示す概略展開図である。
【図１０】実験条件及び実験結果を示す表である。
【図１１】実験結果を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
【００２９】
穴明け加工時に工具先端部で生じた切り屑が切り屑排出溝２，３に沿って排出される際、主溝２と副溝３との連設部４において切り屑同士が衝突することで、切り屑が（工具径方向に）強制的に飛散せしめられ、工具基端部まで到達し難くなるため、工具基端部における切り屑の巻き付きが防止される。
【００３０】
また、連設部４以降、主溝２と副溝３とを並走させることで、複数の切り屑排出溝を連設させずに夫々独立して設けた場合に比し、溝容積を小さくして剛性を確保することが可能となり、それだけ穴位置精度を改善することができる。
【００３１】
更に、主溝２と副溝３の溝長を異ならせることで、複数の切り屑排出溝の溝長を同じ長さにした場合に比し、折損の起点となり易い工具基端側（根元部）で剛性を確保することが可能となり、耐折損性を改善することができる。
【実施例】
【００３２】
本発明の具体的な実施例について図４〜図１１に基づいて説明する。
【００３３】
本実施例は、工具本体１の先端に１つ若しくは複数の切れ刃が設けられ、この工具本体１の外周に工具先端から基端側に向かう複数の螺旋状の切り屑排出溝２，３が設けられ、この複数の切り屑排出溝２，３は１つの主溝と１つ以上の副溝とを含み、前記主溝２の途中部に前記副溝３が連設される穴明け工具であって、前記主溝２及び前記副溝３のねじれ角は該主溝２と該副溝３との連設部４から工具基端側において略等しい角度に設定され、前記副溝３の溝長は前記主溝２の溝長の５０〜９５％に設定され、前記副溝３が前記連設部４から前記主溝２の終端より手前の所定位置まで前記主溝２と並走するように設けられているものである。
【００３４】
尚、本実施例においては、主溝２とは最長溝長となる溝をいい、副溝３とは主溝２より短い溝長を持つ溝をいう。
【００３５】
具体的には、本実施例は、工具直径が０．１ｍｍで、主溝２と該主溝２に連設する副溝３とが１条ずつ設けられ、この主溝２及び副溝３のすくい面と工具本体の先端逃げ面（第一の逃げ面）との交差稜線部には夫々工具本体１と一体に切れ刃が設けられたドリルであり、ＰＣＢの穴明け加工に使用されるものである。
【００３６】
このＰＣＢの穴明け加工は、例えば、後述する実験例のように、難削材である半導体パッケージ用のＰＣＢ（基板：厚さ０．１５ｍｍ／表裏両面Ｃｕ層）を４枚重ねて、その上面に当て板として厚さ０．１１ｍｍの樹脂付きアルミ板を載置し、貫通穴加工ができるように前記ＰＣＢの下面には捨て板として一般に使用されている厚さ１．５ｍｍの紙フェノール材を配置した状態で行われる。当て板の厚さは０．０４〜１．０ｍｍの範囲で適宜設定する。また、厚さ０．１ｍｍ程度のＰＣＢのＣｕ層の厚さは通常２〜８０μｍ程度である。
【００３７】
尚、本実施例においては２つの切れ刃と２つの切り屑排出溝（１つの主溝と１つの副溝）を有するドリル（２枚刃ドリル）について説明するが、主溝側にのみ切れ刃を設けた１枚刃ドリルや、３枚刃以上のドリル（例えば１つの主溝と２つの副溝を有するもの）の場合も同様である。この際、１枚刃ドリルとした場合にはより高い求心効果を得ることができ、３枚刃ドリルとした場合にはより良好な切削性を得ることができる。
【００３８】
具体的には、本実施例においては、主溝２及び副溝３のねじれ角が、主溝２と副溝３との連設部４から工具基端側において略等しい角度に設定され、且つ、副溝３の溝長ｌ２が主溝の溝長ｌ１の５０〜９５％に設定されている。５０％未満の場合、基板外に切り屑を排出するために重要となる溝中間部から基端にかけての溝容積が小さくなるため、切り屑詰まりにより折損の可能性が高まり、９５％より長い場合、主溝２の溝長ｌ１との差が小さくなり、根元部において剛性が確保しにくくなる。尚、副溝３の溝長ｌ２を主溝２の溝長ｌ１の７０％以上に設定した場合、より安定した切り屑排出が行われるためか、より長寿命で安定した穴加工を実現できることが、本発明者等により確認された。よって、副溝３の溝長ｌ２は、主溝２の溝長ｌ１の７０〜９５％に設定するのがより好ましい。
【００３９】
これにより、副溝３の終端（切れ上がり端点６）は主溝２の終端（切れ上がり端点５）より工具先端側となり、副溝３は主溝２と副溝３との連設部４（の終端）から主溝２の終端より手前の所定位置まで（図４の区間Ｑの間）主溝と並走することになる。
【００４０】
具体的には、連設部４において主溝２と副溝３とが連設して両者の一部が重なり、夫々の溝の最下点が所定距離離れた状態で、二つの溝が並走することになる。即ち、主溝２と副溝３とは連設部４以降で一部が重なりつつ連設前の溝形状の一部を残した状態で並走するように設けられる（図４参照。尚、図４（ａ）〜（ｄ）は夫々異なる回転位相で側面から刃部を見たものである。）。
【００４１】
本実施例においては、連設部４における主溝２と副溝３との連設溝幅Ｗ２（連設部終端における主溝２と副溝３とが一部重なった状態での合計溝幅Ｗ２）が、連設前の主溝２の溝幅Ｗ１の１．１〜１．９倍となるように連設される。１．１倍未満の場合、溝容積が小さ過ぎてスムーズな切り屑排出性を得にくくなり、１．９倍より大きい場合、溝容積が大きいためにドリルの剛性が確保しにくくなる。尚、連設溝幅Ｗ２は、切り屑排出性と剛性との相反する性質のバランスを考慮した場合、連設前の主溝２の溝幅Ｗ１の１．３〜１．８倍に設定するのがより好ましいということが、本発明者等が鋭意研究した結果、知見として得られた。また、本実施例においては副溝３の溝幅は主溝２の溝幅Ｗ１と同一に設定している。即ち、連設溝幅Ｗ２が連設前の主溝２（副溝３）の溝幅Ｗ１の２倍に近づくほど、両者の重なり度合いが小さいことになる。
【００４２】
また、本実施例においては、主溝２と副溝３との連設部４における連設開始点は、工具先端から工具直径の２倍以上の位置で且つ主溝２の溝長ｌ１の５０％以下の位置に設けられている。本実施例においては、主溝２と副溝３との連設部４は、図４中の工具先端から距離Ｐ離れた連設開始点から工具先端から距離Ｍ２離れた副溝３の第二のねじれ角変化点（並走開始点）までの範囲を示している。連設開始点（連設部４の始端）を工具先端から工具直径の２倍未満の位置に設けると、再研磨時に連設部まで研磨される可能性が高く、適した刃形状を得にくくなり、工具先端から主溝の溝長の５０％より基端側の位置に設けると、剛性が劣化し、穴位置精度が悪化する。
【００４３】
また、本実施例において、副溝３を主溝２の途中部に連設する際には、副溝３若しくは主溝２のねじれ角を途中で変化させることで行う。例えば、主溝２は始端から終端まで一定のねじれ角として、副溝３のねじれ角を途中で変化させることで副溝３を主溝２の途中に連設しても良いし、双方のねじれ角を途中で変化させて連設しても良い。具体的には、例えば図６〜９に図示したような態様が考えられる。
【００４４】
図６及び７は、主溝２のねじれ角αを一定として、副溝３のねじれ角を小（β１）→大（β２）→小（β３）と変化させることで両者を連設するものである。具体的には、副溝３の初期ねじれ角β１を、工具先端から距離Ｍ１離れた第一のねじれ角変化点でより大きいβ２に変化させることで主溝２に接近させ、副溝３が主溝２に連設した直後（図６）若しくは主溝２と交差した後（図７）、工具先端から距離Ｍ２離れた第二のねじれ角変化点で主溝２のねじれ角αと同角度のβ３に変化させて並走させるものである。この場合、主溝のねじれ角αが一定であるため、剛性を確保し易い利点がある。尚、図６，７においては、α、β１及びβ３は４５°に設定し、β２は５５°に設定している。また、本実施例においては図６の態様を採用している。
【００４５】
図８及び９は、主溝２及び副溝３のねじれ角を夫々小（４５°）→大（５５°）と変化させるもので、両者のねじれ角の変化点の調整により両者を連設するものである。具体的には、副溝３のねじれ角を途中で大きくすることで、主溝２に接近させ、副溝３が主溝２に連設した直後（図８）若しくは主溝と交差した後（図９）、主溝２のねじれ角を副溝３のねじれ角と同角度に変化させるものである。この場合、両者のねじれ角を途中で変化させるため、それだけ切り屑が巻き付きにくくなり、また、工具基端側で大きいねじれ角となるため、それだけ良好なポンプ作用により工具先端で生じた切り屑をスムーズに排出できる利点がある。尚、図６〜９において、主溝２と副溝３が逆になっても良い。即ち、図６及び７においては、副溝３のねじれ角を一定として、主溝２のねじれ角を小→大→小と変化させることで両者を連設しても良いし、図８及び９においては、主溝２のねじれ角を途中で大きくすることで、副溝３に接近させ、主溝２が副溝３に連設した直後（図８）若しくは副溝と交差した後（図９）、副溝３のねじれ角を主溝２のねじれ角と同角度に変化させても良い。
【００４６】
また、本実施例は、前記主溝２及び副溝３の終端の切れ上がり端点５，６を含む夫々の工具軸直角断面における、前記主溝２の切れ上がり端点５と工具の回転軸心Ｏとを結ぶ第一の線及び前記副溝３の切れ上がり端点６と工具の回転軸心Ｏとを結ぶ第二の線を、工具の軸方向視における同一の軸直角投影面に投影した際、この投影面において前記第一の線と前記第二の線とがなす狭角のうち、少なくとも１つの狭角γが９０°より大きく１８０°以下となるように構成されている。言い換えると、前記主溝２及び副溝３の終端の切れ上がり端点５，６を含む夫々の工具軸直角断面において、前記夫々の切れ上がり端点５，６と工具の回転軸心Ｏとを結ぶ夫々の線を工具の軸方向視における同一の軸直角投影面に投影した投影線にして、前記主溝２の切れ上がり端点５を含む投影線と前記夫々の副溝３の切れ上がり端点６を含む投影線とがなす狭角のうち、少なくとも１つの狭角γが９０°より大きく１８０°以下となるように構成されている。
【００４７】
具体的には、本実施例においては、主溝２及び副溝３が１つずつ設けられており、主溝２の切れ上がり端点５を含む工具軸直角断面において該切れ上がり端点５と工具の回転軸心Ｏとを結ぶ第一の線（図５（ｂ）参照）と、副溝３の切れ上がり端点６を含む工具軸直角断面において該切れ上がり端点６と工具の回転軸心Ｏとを結ぶ第二の線（図５（ａ）参照）を工具の軸方向視における同一の軸直角投影面に投影し、前記軸直角投影面上で前記の夫々の線（投影線）がなす狭角γ（以下、切れ上がり狭角と言う。図５（ｃ）参照）が９０°より大きく１８０°以下となるように構成されている。
【００４８】
即ち、切れ上がり狭角γが９０°より大きく１８０°以下となるように主溝２及び副溝３の溝長ｌ１，ｌ２を設定している。これは後述する実験結果から導かれるもので、切れ上がり狭角γが上記範囲内であると、穴位置精度が極めて良好となる。一方切れ上がり狭角の全てが９０°以下であると、切り屑の排出方向が偏るため、工具基端側でアンバランスな排出となり、突発的な穴曲がりが引き起こされる可能性がある。３枚刃以上のドリル（例えば１つの主溝と２つの副溝を有するもの）の場合の軸直角投影面の一例を図５（ｄ）に図示した。３溝の場合、主溝２の切れ上がり端点５を含む投影線（第一の線）と一方の副溝３の切れ上がり端点６を含む投影線（第二の線）とがなす切れ上がり狭角γが９０°より大きく１８０°以下であれば、切り屑の排出方向の偏りを回避することができるため、バランスのよい排出が得られる。即ち、副溝が２つ以上存在する場合には、前記第二の線が２つ以上存在することになるが、前記第一の線と前記複数の第二の線とがなす切れ上がり狭角γのうち、１つでも９０°より大きく１８０°以下であれば、切り屑の排出方向の偏りを回避することができるため、バランスのよい排出が得られることになる。
【００４９】
尚、切れ上がり狭角γは、主溝２の切れ上がり端点５と副溝３の切れ上がり端点６の回転位相差（角度差）により表される。
【００５０】
また、工具本体１には潤滑性皮膜として非晶質炭素皮膜が被覆されている。即ち、本実施例は、従来の２枚刃ドリルの形状に比べ、工具基端側で溝容積が小さくなるため（ウェブ、ウェブテーパ値を同じにした場合）、基板の種類、厚さ、重ね枚数によってはスムーズな切り屑排出性能を得られにくく、内壁粗さの悪化や折損を引き起こす可能性がある。しかし、非晶質炭素皮膜を被覆することで、切り屑排出性を改善し、剛性形状であることを活かした高精度な穴明け加工が可能となる。
【００５１】
各部を具体的に説明する。
【００５２】
本実施例は、基材としては、ＷＣを主成分とする硬質粒子とＣｏを主成分とする結合材から成る超硬合金製であり、この超硬合金のＷＣ粒子の平均粒径が０．１μｍ〜２μｍでありＣｏ含有量が重量％で５〜１５％であるものが採用されており、少なくとも工具本体１の切り屑排出溝に非晶質炭素皮膜が被覆されている。非晶質炭素皮膜は硬質であるため工具の摩耗を抑制し、また高い潤滑性を有することから切り屑が切り屑排出溝に沿って工具本体１の基端部へ排出され易くなって切り屑詰まりを防止して折損し難くなる。
【００５３】
また、本実施例においては、潤滑性皮膜として、炭素原子を主体として構成されビッカース硬さが３０００以上である高硬度の非晶質炭素（ＤＬＣ）から成る非晶質炭素皮膜を採用しているが、ビッカース硬さが２０００以上であれば、比較的低硬度の非晶質炭素（ＤＬＣ）若しくはＤＬＣと他の物質（例えば金属）との混合物から成る皮膜を採用しても良いし、クロム窒化物等、他の潤滑性皮膜を採用しても良い。
【００５４】
尚、本実施例においては、非晶質炭素皮膜は基材直上に形成しているが、例えば、基材直上に、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族及びＳｉから選択される１種若しくは２種以上の元素からなる金属若しくは半金属から成り、膜厚が２００ｎｍ以下１ｎｍ以上である下層皮膜層（下地膜）を形成し、この下層皮膜層の上に前記非晶質炭素皮膜を形成する構成としても良い。また、下層皮膜層としては、上記構成に限らず、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族及びＳｉから選択される１種若しくは２種以上の元素と窒素及び炭素から選択される１種以上の元素との化合物から成るものを採用しても良い。
【００５５】
また、本実施例では非晶質炭素皮膜や下地膜の成膜の際、アークイオンプレーティング方式の成膜装置を用いたが、スパッタリング方式やレーザーアブレーション方式などのＰＶＤ成膜装置を使っても良い。
【００５６】
本発明はＰＣＢなどの非鉄系被削材の穴明け加工等に使用する非晶質炭素皮膜等の潤滑性皮膜が被覆されたドリルとして発明されたものであるが、その基材としては、ＷＣを主成分とする硬質粒子とＣｏを主成分とする結合材からなる超硬合金が、硬度と靭性のバランスが取れた材料であることから望ましい。
【００５７】
ＷＣ粒子の平均粒径を小さくしすぎると、結合材中にＷＣ粒子を均一に分散させることが難しくなり、超硬合金の抗折力低下を引き起こしやすい。一方、ＷＣ粒子を大きくしすぎると超硬合金の硬度が低下する。また、Ｃｏ含有量を少なくしすぎると超硬合金の抗折力が低下し、逆にＣｏ含有量を多くしすぎると超硬合金の硬度が低下する。そのため、ＷＣ粒子の平均粒径が０．１μｍ〜２μｍであり、Ｃｏ含有量が重量％で５〜１５％の超硬合金を基材とすることが望ましい。
【００５８】
また、ＰＣＢなどの難削材に対して皮膜剥離のない安定した穴明け加工を行うためには、基材と非晶質炭素皮膜との密着性をより高くすることが望ましい。Ｔｉ，Ｃｒ，Ｔａなどの周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族元素及びＳｉから選択される１種若しくは２種以上の元素から成る金属または半金属を基材直上に下地膜として成膜し、その上に非晶質炭素皮膜を成膜することで、基材と非晶質炭素皮膜の密着性をより高めることができる。また、周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族及びＳｉから選択される１種若しくは２種以上の元素と窒素及び炭素から選択される１種以上の元素との化合物を基材直上に下地膜として成膜しても良い。
【００５９】
下地膜は基材と非晶質炭素皮膜との密着性を向上させる目的で成膜されるので、あまり厚すぎても意味がなく、２００ｎｍ以下１ｎｍ以上の膜厚にすることが望ましい。
【００６０】
本実施例は上述のように構成したから、穴明け加工時に工具先端部で生じた切り屑が切り屑排出溝２，３に沿って排出される際、主溝２と副溝３との連設部４において切り屑同士が衝突することで、切り屑が（工具径方向に）強制的に飛散せしめられ、工具基端部まで到達し難くなるため、工具基端部における切り屑の巻き付きが防止されることになる。
【００６１】
また、連設部４以降、主溝２と副溝３とを並走させることで、複数の切り屑排出溝を連設させずに夫々独立して設けた場合に比し、溝容積を小さくして剛性を確保することが可能となり、それだけ穴位置精度を改善することができる。
【００６２】
更に、主溝２と副溝３の溝長を異ならせることで、複数の切り屑排出溝の溝長を同じ長さにした場合に比し、折損の起点となり易い工具基端側（根元部）で剛性を確保することが可能となり、耐折損性を改善することができる。
【００６３】
よって、本実施例は、樹脂付きアルミ板を当て板として用いた場合でも、折損し難く且つ切り屑排出性も飛躍的に良好となって切り屑の巻き付きを防止でき、直径が０．７ｍｍ以下、特に０．４ｍｍ以下の小径ドリルであっても、折損寿命が長く穴位置精度が良好で安定した穴明け加工が実現可能な極めて実用性に秀れた穴明け工具となる。
【００６４】
本実施例の効果を裏付ける実験例について説明する。
【００６５】
図１０は、副溝長を変化させて（それに伴い切れ上がり狭角も変化させて）穴位置精度及び巻き付き残りを評価した実験条件及び実験結果を示す表である。この実験で使用したドリルは、工具直径を０．１ｍｍ、主溝２の溝長を１．８ｍｍとし、従来例を従来の２枚刃２溝形状のドリル（２つの切り屑排出溝のねじれ角はいずれも４５°一定）とし、実験例１〜１０は、図６に図示した態様で主溝と副溝とを連設し、実験例１１は図８に図示した態様で主溝と副溝とを連設し、その他、心厚、先端角など、他の仕様を同じ値としている。また、各ドリルには非晶質炭素皮膜（ＤＬＣ）を被覆している。
【００６６】
この実験では、難削材である半導体パッケージ用のＰＣＢ（基板：厚さ０．１５ｍｍ／表裏両面Ｃｕ層）を４枚重ねてその上面に当て板として厚さ０．１１ｍｍの樹脂付きアルミ板を載置し、貫通穴加工ができるように前記ＰＣＢの下面には捨て板として一般に使用されている厚さ１．５ｍｍの紙フェノール材を配置した。またドリル（スピンドル）の回転数を２００ｋｒｐｍ、送り速度を１．８ｍ／ｍｉｎ、上昇速度を２５．４ｍ／ｍｉｎとし、設定ヒット数を３，０００ヒットとした。
【００６７】
図１０より、実験例１〜８，１１は、従来例に比しいずれも巻き付き残りが少ないことが確認できた。特に、図１１に示すように、実験例１１は巻き付き残りがほとんどなく最も良好であることが確認できた。これは両者のねじれ角を途中で変化させることで、切り屑飛散効果がより高まったためと考えられる。
【００６８】
また、実験例１〜８，１１は、従来例に比しいずれも穴位置精度が良好であることが確認できた。また、副溝長が主溝長の５６〜８９％の場合で且つ切れ上がり狭角が１０６〜１８０°の範囲の実験例２，４，６，７，１１は、穴位置精度が特に良好となることが確認できた。尚、副溝長が主溝長の５６〜８９％の範囲内である実験例３，５，８においては、穴位置精度は従来例に比し良好となっているが、切れ上がり狭角が小さいために、突発的な穴曲がりを引き起こし、Ｍａｘ値が大きくなってしまい（図１０においてはＭａｘ飛びと表現）、安定した穴加工が得られない可能性がある。また、実験例１においては、穴位置精度は従来例に比し良好となっているが、主溝２の溝長と副溝３の溝長が同じであり、且つ切れ上がり狭角が小さいという両者の要因により、同様にＭａｘ飛びが発生し、安定した穴加工が得られない可能性がある。
【００６９】
尚、副溝長が極端に短い実験例９，１０ではドリルが折損した。これは切り屑排出性が悪化したためと考えられる。
【００７０】
以上から、切り屑の巻き付き残りは切れ上がり狭角には依存せず、穴位置精度にのみ影響を与えることが確認でき、副溝長と切れ上がり狭角とが共に上記の範囲内に含まれる実験例２，４，６，７，１１は、巻き付き残りが少なく且つ穴位置精度も良好な穴明け工具となることが確認できた。
【符号の説明】
【００７１】
１ 工具本体
２ 切り屑排出溝
３ 切り屑排出溝
４ 連設部
５ 切れ上がり端点
６ 切れ上がり端点
Ｏ 工具軸心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、穴明け工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線板（ＰＣＢ）の穴明け加工には、図１に図示したような刃部Ｃを有するボデー部Ａとシャンク部Ｂとで構成されるドリルが使用される。サイズは用途によって様々であるが、一般に直径が０．７ｍｍ以下のドリルが多く使用されている。
【０００３】
具体的には、刃部Ｃには、図２に図示したように本体20の外周にドリル先端から基端側に向かう螺旋状の切り屑排出溝22が形成され、この切り屑排出溝22のすくい面と先端に設けられた第一の逃げ面24との交差稜線部には切れ刃21が形成されている（例えば特許文献１，２参照）。尚、図中、符号25は第一の逃げ面24の工具回転方向後方側に連設される第二の逃げ面、ｄ’は工具直径、ｌ’は切り屑排出溝の溝長、α’はねじれ角である。
【０００４】
また、アルミ合金、チタン、マグネシウム、銅などの非鉄系被削材向けの耐摩耗性と耐溶着性を有する皮膜として非晶質炭素皮膜が実用化され、ドリルやエンドミル、刃先交換型切削チップなどの切削工具に被覆されて用いられている（例えば特許文献３参照）。
【０００５】
ところで、ＰＣＢは銅と絶縁層としてのガラスクロスに樹脂を含浸させたものとを張り合わせて構成されるものであり、近年のＰＣＢは、更なる信頼性向上のため、耐熱性の向上、曲げ強度の強化及び低熱膨張化が求められており、ＰＣＢを構成するガラスクロスや樹脂の機械的強度を高めることで、高信頼を確保しているものが多くなっている。
【０００６】
しかしながら、穴明け加工を行う被削材として考慮した場合、上記構成のＰＣＢは機械的強度が高められた分だけドリルの摩耗を促進し易く、穴明け加工中のドリル折損や過度の摩耗に伴う穴位置精度等の穴品質の悪化を引き起こし易い。
【０００７】
一方、ＰＣＢの高密度化に伴い、要求される穴径（ドリルの直径）は年々径小化しており、直径が０．４ｍｍ以下の穴明け加工が多くなってきている。
【０００８】
また、穴明け加工工程においては、加工効率を考慮し、同仕様のＰＣＢを複数枚重ねて穴明け加工をするのが一般的である。具体的には、複数枚重ねたＰＣＢの上面にドリルの求心性を高める目的の当て板としてアルミ板または表面に樹脂が被覆された樹脂付きアルミ板を載置して穴明け加工をするのが一般的である。樹脂付きアルミ板はアルミ板よりも求心性を高める効果が高く、またドリルの折損の改善にも寄与するため、特に直径が０．４ｍｍ以下の小径ドリルの穴明け加工に用いられることが多い。
【０００９】
近年では、上記したような比較的加工性の悪いＰＣＢの加工に用いるＰＣＢ用小径ドリルに対しても、加工コスト削減を目的としたＰＣＢの重ね枚数の増加や、ドリルが折損せずに穴明け加工できる穴明け寿命の延長が要求されている。
【００１０】
しかしながら、当て板として樹脂付きアルミ板を用いて穴明け加工した場合は、アルミ板を用いて穴明け加工した場合よりも、ドリルの刃部Ｃの基端部近傍に切り屑の巻き付き残りが顕著に発生し、樹脂の粘性が高い程、また被覆された樹脂が厚い程、前述の切り屑の巻き付き残りが発生する傾向が高く、上記要求の実現は困難である。
【００１１】
これは、通常は穴明け加工時に発生する切り屑は穴明け機に付属される切り屑吸引機能によって吸引されて所定のダストボックスに搬出されるが、樹脂付きアルミ板を用いた場合、穴明け加工時の切削熱によって軟化した樹脂が切り屑と共に切り屑排出溝にガイドされて排出され、刃部Ｃの基端部近傍でドリルと切り屑を粘着するように作用するためと考えられ、引き続き穴明け加工を繰り返すことで切り屑の巻き付き残り量が増加するものと考えられる。
【００１２】
切り屑の巻き付き残り量は、穴明け加工時のドリルの回転数や送り速度の加工条件やＰＣＢの材質によっても変化するが、図３（ａ）に図示したように顕著な切り屑の巻き付き残りが発生し、この切り屑の巻き付き残りが続く穴明け加工中にその切り屑（切り屑塊）が何かしらの振動等をきっかけとしてドリルから離れ、前記吸引機能をもってしても吸引されずに当て板上に落下し、その後、穴明け加工しようとするドリルが落下した切り屑塊に干渉することで穴位置精度の悪化やドリルの折損が引き起こされると考えられる。尚、図３（ｂ）に当て板上に落下した切り屑塊を例示する。
【００１３】
また、例えば、特許文献４には、２つの切れ刃と２つの切り屑排出溝を有するＰＣＢドリルにおいて、各切り屑排出溝を先端から所定量後退した位置で合流させ、合流点よりも後方で１つの溝とすることで、剛性を向上させる技術が開示されているが、切り屑の巻き付きについては言及がなく、上記要求を満たすことはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開昭５６−３９８０７号公報
【特許文献２】特開２００６−５５９１５号公報
【特許文献３】特開２００１−３４１０２１号公報
【特許文献４】特開２００７−３０７６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上述のような現状に鑑みなされたもので、切り屑の巻き付きを防止でき、直径が０．７ｍｍ以下、特に０．４ｍｍ以下の小径ドリルであっても、折損寿命が長く穴位置精度が良好で安定した穴明け加工が実現可能な極めて実用性に秀れる穴明け工具を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【００１７】
工具本体１の先端に１つ若しくは複数の切れ刃が設けられ、この工具本体１の外周に工具先端から基端側に向かう複数の螺旋状の切り屑排出溝２，３が設けられ、この複数の切り屑排出溝２，３は１つの主溝と１つ以上の副溝とを含み、前記主溝２の途中部に前記副溝３が連設される穴明け工具であって、前記主溝２及び前記副溝３のねじれ角は該主溝２と該副溝３との連設部４から工具基端側において略等しい角度に設定され、前記副溝３の溝長は前記主溝２の溝長の５０〜９５％に設定され、前記副溝３が前記連設部４から前記主溝２の終端より手前の所定位置まで前記主溝２と並走するように設けられていることを特徴とする穴明け工具に係るものである。
【００１８】
また、工具本体１の先端に１つ若しくは複数の切れ刃が設けられ、この工具本体１の外周に工具先端から基端側に向かう複数の螺旋状の切り屑排出溝２，３が設けられ、この複数の切り屑排出溝２，３は１つの主溝と１つ以上の副溝とを含み、前記主溝２の途中部に前記副溝３が連設される穴明け工具であって、前記主溝２及び前記副溝３のねじれ角は該主溝２と該副溝３との連設部４から工具基端側において略等しい角度に設定され、前記副溝３の溝長は前記主溝２の溝長の７０〜９５％に設定され、前記副溝３が前記連設部４から前記主溝２の終端より手前の所定位置まで前記主溝２と並走するように設けられていることを特徴とする穴明け工具に係るものである。
【００１９】
また、請求項１，２いずれか１項に記載の穴明け工具において、前記連設部４における前記主溝２と前記副溝３との連設溝幅は、連設前の前記主溝２の溝幅の１．１〜１．９倍であることを特徴とする穴明け工具に係るものである。
【００２０】
また、請求項１，２いずれか１項に記載の穴明け工具において、前記連設部４における前記主溝２と前記副溝３との連設溝幅は、連設前の前記主溝２の溝幅の１．３〜１．８倍であることを特徴とする穴明け工具に係るものである。
【００２１】
また、請求項１〜４いずれか１項に記載の穴明け工具において、前記連設部４の始端は工具先端から工具直径の２倍以上の位置で且つ前記主溝２の溝長の５０％以下の位置に設けられていることを特徴とする穴明け工具に係るものである。
【００２２】
また、請求項１〜５いずれか１項に記載の穴明け工具において、前記主溝２及び副溝３の終端の切れ上がり端点５，６を含む夫々の工具軸直角断面における、前記主溝２の切れ上がり端点５と工具の回転軸心Ｏとを結ぶ第一の線及び前記副溝３の切れ上がり端点６と工具の回転軸心Ｏとを結ぶ第二の線を、工具の軸方向視における同一の軸直角投影面に投影した際、この投影面において前記第一の線と前記第二の線とがなす狭角のうち、少なくとも１つの狭角γが９０°より大きく１８０°以下であることを特徴とする穴明け工具に係るものである。
【００２３】
また、請求項１〜６いずれか１項に記載の穴明け工具において、前記切り屑排出溝２，３として前記主溝２と前記副溝３とが１つずつ設けられていることを特徴とする穴明け工具に係るものである。
【００２４】
また、請求項１〜７いずれか１項に記載の穴明け工具において、潤滑性皮膜として非晶質炭素皮膜が被覆されていることを特徴とする穴明け工具に係るものである。
【００２５】
また、請求項１〜８いずれか１項に記載の穴明け工具において、工具直径が０．４ｍｍ以下であることを特徴とする穴明け工具に係るものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は上述のように構成したから、切り屑の巻き付きを防止でき、直径が０．７ｍｍ以下、特に０．４ｍｍ以下の小径ドリルであっても、折損寿命が長く穴位置精度が良好で安定した穴明け加工が実現可能な極めて実用性に秀れる穴明け工具となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ＰＣＢ用ドリルの概略説明側面図である。
【図２】従来例の拡大概略説明図である。
【図３】（ａ）ドリルの刃部Ｃの基端部近傍における切り屑の巻き付き残りを例示する写真と、（ｂ）当て板上に落下した切り屑塊を例示する写真である。
【図４】本実施例の刃部の概略説明図である。
【図５】本実施例の切れ上がり狭角の概略説明図である。
【図６】主溝と副溝のねじれ角の概要を示す概略展開図である。
【図７】主溝と副溝のねじれ角の概要を示す概略展開図である。
【図８】主溝と副溝のねじれ角の概要を示す概略展開図である。
【図９】主溝と副溝のねじれ角の概要を示す概略展開図である。
【図１０】実験条件及び実験結果を示す表である。
【図１１】実験結果を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
【００２９】
穴明け加工時に工具先端部で生じた切り屑が切り屑排出溝２，３に沿って排出される際、主溝２と副溝３との連設部４において切り屑同士が衝突することで、切り屑が（工具径方向に）強制的に飛散せしめられ、工具基端部まで到達し難くなるため、工具基端部における切り屑の巻き付きが防止される。
【００３０】
また、連設部４以降、主溝２と副溝３とを並走させることで、複数の切り屑排出溝を連設させずに夫々独立して設けた場合に比し、溝容積を小さくして剛性を確保することが可能となり、それだけ穴位置精度を改善することができる。
【００３１】
更に、主溝２と副溝３の溝長を異ならせることで、複数の切り屑排出溝の溝長を同じ長さにした場合に比し、折損の起点となり易い工具基端側（根元部）で剛性を確保することが可能となり、耐折損性を改善することができる。
【実施例】
【００３２】
本発明の具体的な実施例について図４〜図１１に基づいて説明する。
【００３３】
本実施例は、工具本体１の先端に１つ若しくは複数の切れ刃が設けられ、この工具本体１の外周に工具先端から基端側に向かう複数の螺旋状の切り屑排出溝２，３が設けられ、この複数の切り屑排出溝２，３は１つの主溝と１つ以上の副溝とを含み、前記主溝２の途中部に前記副溝３が連設される穴明け工具であって、前記主溝２及び前記副溝３のねじれ角は該主溝２と該副溝３との連設部４から工具基端側において略等しい角度に設定され、前記副溝３の溝長は前記主溝２の溝長の５０〜９５％に設定され、前記副溝３が前記連設部４から前記主溝２の終端より手前の所定位置まで前記主溝２と並走するように設けられているものである。
【００３４】
尚、本実施例においては、主溝２とは最長溝長となる溝をいい、副溝３とは主溝２より短い溝長を持つ溝をいう。
【００３５】
具体的には、本実施例は、工具直径が０．１ｍｍで、主溝２と該主溝２に連設する副溝３とが１条ずつ設けられ、この主溝２及び副溝３のすくい面と工具本体の先端逃げ面（第一の逃げ面）との交差稜線部には夫々工具本体１と一体に切れ刃が設けられたドリルであり、ＰＣＢの穴明け加工に使用されるものである。
【００３６】
このＰＣＢの穴明け加工は、例えば、後述する実験例のように、難削材である半導体パッケージ用のＰＣＢ（基板：厚さ０．１５ｍｍ／表裏両面Ｃｕ層）を４枚重ねて、その上面に当て板として厚さ０．１１ｍｍの樹脂付きアルミ板を載置し、貫通穴加工ができるように前記ＰＣＢの下面には捨て板として一般に使用されている厚さ１．５ｍｍの紙フェノール材を配置した状態で行われる。当て板の厚さは０．０４〜１．０ｍｍの範囲で適宜設定する。また、厚さ０．１ｍｍ程度のＰＣＢのＣｕ層の厚さは通常２〜８０μｍ程度である。
【００３７】
尚、本実施例においては２つの切れ刃と２つの切り屑排出溝（１つの主溝と１つの副溝）を有するドリル（２枚刃ドリル）について説明するが、主溝側にのみ切れ刃を設けた１枚刃ドリルや、３枚刃以上のドリル（例えば１つの主溝と２つの副溝を有するもの）の場合も同様である。この際、１枚刃ドリルとした場合にはより高い求心効果を得ることができ、３枚刃ドリルとした場合にはより良好な切削性を得ることができる。
【００３８】
具体的には、本実施例においては、主溝２及び副溝３のねじれ角が、主溝２と副溝３との連設部４から工具基端側において略等しい角度に設定され、且つ、副溝３の溝長ｌ２が主溝の溝長ｌ１の５０〜９５％に設定されている。５０％未満の場合、基板外に切り屑を排出するために重要となる溝中間部から基端にかけての溝容積が小さくなるため、切り屑詰まりにより折損の可能性が高まり、９５％より長い場合、主溝２の溝長ｌ１との差が小さくなり、根元部において剛性が確保しにくくなる。尚、副溝３の溝長ｌ２を主溝２の溝長ｌ１の７０％以上に設定した場合、より安定した切り屑排出が行われるためか、より長寿命で安定した穴加工を実現できることが、本発明者等により確認された。よって、副溝３の溝長ｌ２は、主溝２の溝長ｌ１の７０〜９５％に設定するのがより好ましい。
【００３９】
これにより、副溝３の終端（切れ上がり端点６）は主溝２の終端（切れ上がり端点５）より工具先端側となり、副溝３は主溝２と副溝３との連設部４（の終端）から主溝２の終端より手前の所定位置まで（図４の区間Ｑの間）主溝と並走することになる。
【００４０】
具体的には、連設部４において主溝２と副溝３とが連設して両者の一部が重なり、夫々の溝の最下点が所定距離離れた状態で、二つの溝が並走することになる。即ち、主溝２と副溝３とは連設部４以降で一部が重なりつつ連設前の溝形状の一部を残した状態で並走するように設けられる（図４参照。尚、図４（ａ）〜（ｄ）は夫々異なる回転位相で側面から刃部を見たものである。）。
【００４１】
本実施例においては、連設部４における主溝２と副溝３との連設溝幅Ｗ２（連設部終端における主溝２と副溝３とが一部重なった状態での合計溝幅Ｗ２）が、連設前の主溝２の溝幅Ｗ１の１．１〜１．９倍となるように連設される。１．１倍未満の場合、溝容積が小さ過ぎてスムーズな切り屑排出性を得にくくなり、１．９倍より大きい場合、溝容積が大きいためにドリルの剛性が確保しにくくなる。尚、連設溝幅Ｗ２は、切り屑排出性と剛性との相反する性質のバランスを考慮した場合、連設前の主溝２の溝幅Ｗ１の１．３〜１．８倍に設定するのがより好ましいということが、本発明者等が鋭意研究した結果、知見として得られた。また、本実施例においては副溝３の溝幅は主溝２の溝幅Ｗ１と同一に設定している。即ち、連設溝幅Ｗ２が連設前の主溝２（副溝３）の溝幅Ｗ１の２倍に近づくほど、両者の重なり度合いが小さいことになる。
【００４２】
また、本実施例においては、主溝２と副溝３との連設部４における連設開始点は、工具先端から工具直径の２倍以上の位置で且つ主溝２の溝長ｌ１の５０％以下の位置に設けられている。本実施例においては、主溝２と副溝３との連設部４は、図４中の工具先端から距離Ｐ離れた連設開始点から工具先端から距離Ｍ２離れた副溝３の第二のねじれ角変化点（並走開始点）までの範囲を示している。連設開始点（連設部４の始端）を工具先端から工具直径の２倍未満の位置に設けると、再研磨時に連設部まで研磨される可能性が高く、適した刃形状を得にくくなり、工具先端から主溝の溝長の５０％より基端側の位置に設けると、剛性が劣化し、穴位置精度が悪化する。
【００４３】
また、本実施例において、副溝３を主溝２の途中部に連設する際には、副溝３若しくは主溝２のねじれ角を途中で変化させることで行う。例えば、主溝２は始端から終端まで一定のねじれ角として、副溝３のねじれ角を途中で変化させることで副溝３を主溝２の途中に連設しても良いし、双方のねじれ角を途中で変化させて連設しても良い。具体的には、例えば図６〜９に図示したような態様が考えられる。
【００４４】
図６及び７は、主溝２のねじれ角αを一定として、副溝３のねじれ角を小（β１）→大（β２）→小（β３）と変化させることで両者を連設するものである。具体的には、副溝３の初期ねじれ角β１を、工具先端から距離Ｍ１離れた第一のねじれ角変化点でより大きいβ２に変化させることで主溝２に接近させ、副溝３が主溝２に連設した直後（図６）若しくは主溝２と交差した後（図７）、工具先端から距離Ｍ２離れた第二のねじれ角変化点で主溝２のねじれ角αと同角度のβ３に変化させて並走させるものである。この場合、主溝のねじれ角αが一定であるため、剛性を確保し易い利点がある。尚、図６，７においては、α、β１及びβ３は４５°に設定し、β２は５５°に設定している。また、本実施例においては図６の態様を採用している。
【００４５】
図８及び９は、主溝２及び副溝３のねじれ角を夫々小（４５°）→大（５５°）と変化させるもので、両者のねじれ角の変化点の調整により両者を連設するものである。具体的には、副溝３のねじれ角を途中で大きくすることで、主溝２に接近させ、副溝３が主溝２に連設した直後（図８）若しくは主溝と交差した後（図９）、主溝２のねじれ角を副溝３のねじれ角と同角度に変化させるものである。この場合、両者のねじれ角を途中で変化させるため、それだけ切り屑が巻き付きにくくなり、また、工具基端側で大きいねじれ角となるため、それだけ良好なポンプ作用により工具先端で生じた切り屑をスムーズに排出できる利点がある。尚、図６〜９において、主溝２と副溝３が逆になっても良い。即ち、図６及び７においては、副溝３のねじれ角を一定として、主溝２のねじれ角を小→大→小と変化させることで両者を連設しても良いし、図８及び９においては、主溝２のねじれ角を途中で大きくすることで、副溝３に接近させ、主溝２が副溝３に連設した直後（図８）若しくは副溝と交差した後（図９）、副溝３のねじれ角を主溝２のねじれ角と同角度に変化させても良い。
【００４６】
また、本実施例は、前記主溝２及び副溝３の終端の切れ上がり端点５，６を含む夫々の工具軸直角断面における、前記主溝２の切れ上がり端点５と工具の回転軸心Ｏとを結ぶ第一の線及び前記副溝３の切れ上がり端点６と工具の回転軸心Ｏとを結ぶ第二の線を、工具の軸方向視における同一の軸直角投影面に投影した際、この投影面において前記第一の線と前記第二の線とがなす狭角のうち、少なくとも１つの狭角γが９０°より大きく１８０°以下となるように構成されている。言い換えると、前記主溝２及び副溝３の終端の切れ上がり端点５，６を含む夫々の工具軸直角断面において、前記夫々の切れ上がり端点５，６と工具の回転軸心Ｏとを結ぶ夫々の線を工具の軸方向視における同一の軸直角投影面に投影した投影線にして、前記主溝２の切れ上がり端点５を含む投影線と前記夫々の副溝３の切れ上がり端点６を含む投影線とがなす狭角のうち、少なくとも１つの狭角γが９０°より大きく１８０°以下となるように構成されている。
【００４７】
具体的には、本実施例においては、主溝２及び副溝３が１つずつ設けられており、主溝２の切れ上がり端点５を含む工具軸直角断面において該切れ上がり端点５と工具の回転軸心Ｏとを結ぶ第一の線（図５（ｂ）参照）と、副溝３の切れ上がり端点６を含む工具軸直角断面において該切れ上がり端点６と工具の回転軸心Ｏとを結ぶ第二の線（図５（ａ）参照）を工具の軸方向視における同一の軸直角投影面に投影し、前記軸直角投影面上で前記の夫々の線（投影線）がなす狭角γ（以下、切れ上がり狭角と言う。図５（ｃ）参照）が９０°より大きく１８０°以下となるように構成されている。
【００４８】
即ち、切れ上がり狭角γが９０°より大きく１８０°以下となるように主溝２及び副溝３の溝長ｌ１，ｌ２を設定している。これは後述する実験結果から導かれるもので、切れ上がり狭角γが上記範囲内であると、穴位置精度が極めて良好となる。一方切れ上がり狭角の全てが９０°以下であると、切り屑の排出方向が偏るため、工具基端側でアンバランスな排出となり、突発的な穴曲がりが引き起こされる可能性がある。３枚刃以上のドリル（例えば１つの主溝と２つの副溝を有するもの）の場合の軸直角投影面の一例を図５（ｄ）に図示した。３溝の場合、主溝２の切れ上がり端点５を含む投影線（第一の線）と一方の副溝３の切れ上がり端点６を含む投影線（第二の線）とがなす切れ上がり狭角γが９０°より大きく１８０°以下であれば、切り屑の排出方向の偏りを回避することができるため、バランスのよい排出が得られる。即ち、副溝が２つ以上存在する場合には、前記第二の線が２つ以上存在することになるが、前記第一の線と前記複数の第二の線とがなす切れ上がり狭角γのうち、１つでも９０°より大きく１８０°以下であれば、切り屑の排出方向の偏りを回避することができるため、バランスのよい排出が得られることになる。
【００４９】
尚、切れ上がり狭角γは、主溝２の切れ上がり端点５と副溝３の切れ上がり端点６の回転位相差（角度差）により表される。
【００５０】
また、工具本体１には潤滑性皮膜として非晶質炭素皮膜が被覆されている。即ち、本実施例は、従来の２枚刃ドリルの形状に比べ、工具基端側で溝容積が小さくなるため（ウェブ、ウェブテーパ値を同じにした場合）、基板の種類、厚さ、重ね枚数によってはスムーズな切り屑排出性能を得られにくく、内壁粗さの悪化や折損を引き起こす可能性がある。しかし、非晶質炭素皮膜を被覆することで、切り屑排出性を改善し、剛性形状であることを活かした高精度な穴明け加工が可能となる。
【００５１】
各部を具体的に説明する。
【００５２】
本実施例は、基材としては、ＷＣを主成分とする硬質粒子とＣｏを主成分とする結合材から成る超硬合金製であり、この超硬合金のＷＣ粒子の平均粒径が０．１μｍ〜２μｍでありＣｏ含有量が重量％で５〜１５％であるものが採用されており、少なくとも工具本体１の切り屑排出溝に非晶質炭素皮膜が被覆されている。非晶質炭素皮膜は硬質であるため工具の摩耗を抑制し、また高い潤滑性を有することから切り屑が切り屑排出溝に沿って工具本体１の基端部へ排出され易くなって切り屑詰まりを防止して折損し難くなる。
【００５３】
また、本実施例においては、潤滑性皮膜として、炭素原子を主体として構成されビッカース硬さが３０００以上である高硬度の非晶質炭素（ＤＬＣ）から成る非晶質炭素皮膜を採用しているが、ビッカース硬さが２０００以上であれば、比較的低硬度の非晶質炭素（ＤＬＣ）若しくはＤＬＣと他の物質（例えば金属）との混合物から成る皮膜を採用しても良いし、クロム窒化物等、他の潤滑性皮膜を採用しても良い。
【００５４】
尚、本実施例においては、非晶質炭素皮膜は基材直上に形成しているが、例えば、基材直上に、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族及びＳｉから選択される１種若しくは２種以上の元素からなる金属若しくは半金属から成り、膜厚が２００ｎｍ以下１ｎｍ以上である下層皮膜層（下地膜）を形成し、この下層皮膜層の上に前記非晶質炭素皮膜を形成する構成としても良い。また、下層皮膜層としては、上記構成に限らず、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族及びＳｉから選択される１種若しくは２種以上の元素と窒素及び炭素から選択される１種以上の元素との化合物から成るものを採用しても良い。
【００５５】
また、本実施例では非晶質炭素皮膜や下地膜の成膜の際、アークイオンプレーティング方式の成膜装置を用いたが、スパッタリング方式やレーザーアブレーション方式などのＰＶＤ成膜装置を使っても良い。
【００５６】
本発明はＰＣＢなどの非鉄系被削材の穴明け加工等に使用する非晶質炭素皮膜等の潤滑性皮膜が被覆されたドリルとして発明されたものであるが、その基材としては、ＷＣを主成分とする硬質粒子とＣｏを主成分とする結合材からなる超硬合金が、硬度と靭性のバランスが取れた材料であることから望ましい。
【００５７】
ＷＣ粒子の平均粒径を小さくしすぎると、結合材中にＷＣ粒子を均一に分散させることが難しくなり、超硬合金の抗折力低下を引き起こしやすい。一方、ＷＣ粒子を大きくしすぎると超硬合金の硬度が低下する。また、Ｃｏ含有量を少なくしすぎると超硬合金の抗折力が低下し、逆にＣｏ含有量を多くしすぎると超硬合金の硬度が低下する。そのため、ＷＣ粒子の平均粒径が０．１μｍ〜２μｍであり、Ｃｏ含有量が重量％で５〜１５％の超硬合金を基材とすることが望ましい。
【００５８】
また、ＰＣＢなどの難削材に対して皮膜剥離のない安定した穴明け加工を行うためには、基材と非晶質炭素皮膜との密着性をより高くすることが望ましい。Ｔｉ，Ｃｒ，Ｔａなどの周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族元素及びＳｉから選択される１種若しくは２種以上の元素から成る金属または半金属を基材直上に下地膜として成膜し、その上に非晶質炭素皮膜を成膜することで、基材と非晶質炭素皮膜の密着性をより高めることができる。また、周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族及びＳｉから選択される１種若しくは２種以上の元素と窒素及び炭素から選択される１種以上の元素との化合物を基材直上に下地膜として成膜しても良い。
【００５９】
下地膜は基材と非晶質炭素皮膜との密着性を向上させる目的で成膜されるので、あまり厚すぎても意味がなく、２００ｎｍ以下１ｎｍ以上の膜厚にすることが望ましい。
【００６０】
本実施例は上述のように構成したから、穴明け加工時に工具先端部で生じた切り屑が切り屑排出溝２，３に沿って排出される際、主溝２と副溝３との連設部４において切り屑同士が衝突することで、切り屑が（工具径方向に）強制的に飛散せしめられ、工具基端部まで到達し難くなるため、工具基端部における切り屑の巻き付きが防止されることになる。
【００６１】
また、連設部４以降、主溝２と副溝３とを並走させることで、複数の切り屑排出溝を連設させずに夫々独立して設けた場合に比し、溝容積を小さくして剛性を確保することが可能となり、それだけ穴位置精度を改善することができる。
【００６２】
更に、主溝２と副溝３の溝長を異ならせることで、複数の切り屑排出溝の溝長を同じ長さにした場合に比し、折損の起点となり易い工具基端側（根元部）で剛性を確保することが可能となり、耐折損性を改善することができる。
【００６３】
よって、本実施例は、樹脂付きアルミ板を当て板として用いた場合でも、折損し難く且つ切り屑排出性も飛躍的に良好となって切り屑の巻き付きを防止でき、直径が０．７ｍｍ以下、特に０．４ｍｍ以下の小径ドリルであっても、折損寿命が長く穴位置精度が良好で安定した穴明け加工が実現可能な極めて実用性に秀れた穴明け工具となる。
【００６４】
本実施例の効果を裏付ける実験例について説明する。
【００６５】
図１０は、副溝長を変化させて（それに伴い切れ上がり狭角も変化させて）穴位置精度及び巻き付き残りを評価した実験条件及び実験結果を示す表である。この実験で使用したドリルは、工具直径を０．１ｍｍ、主溝２の溝長を１．８ｍｍとし、従来例を従来の２枚刃２溝形状のドリル（２つの切り屑排出溝のねじれ角はいずれも４５°一定）とし、実験例１〜１０は、図６に図示した態様で主溝と副溝とを連設し、実験例１１は図８に図示した態様で主溝と副溝とを連設し、その他、心厚、先端角など、他の仕様を同じ値としている。また、各ドリルには非晶質炭素皮膜（ＤＬＣ）を被覆している。
【００６６】
この実験では、難削材である半導体パッケージ用のＰＣＢ（基板：厚さ０．１５ｍｍ／表裏両面Ｃｕ層）を４枚重ねてその上面に当て板として厚さ０．１１ｍｍの樹脂付きアルミ板を載置し、貫通穴加工ができるように前記ＰＣＢの下面には捨て板として一般に使用されている厚さ１．５ｍｍの紙フェノール材を配置した。またドリル（スピンドル）の回転数を２００ｋｒｐｍ、送り速度を１．８ｍ／ｍｉｎ、上昇速度を２５．４ｍ／ｍｉｎとし、設定ヒット数を３，０００ヒットとした。
【００６７】
図１０より、実験例１〜８，１１は、従来例に比しいずれも巻き付き残りが少ないことが確認できた。特に、図１１に示すように、実験例１１は巻き付き残りがほとんどなく最も良好であることが確認できた。これは両者のねじれ角を途中で変化させることで、切り屑飛散効果がより高まったためと考えられる。
【００６８】
また、実験例１〜８，１１は、従来例に比しいずれも穴位置精度が良好であることが確認できた。また、副溝長が主溝長の５６〜８９％の場合で且つ切れ上がり狭角が１０６〜１８０°の範囲の実験例２，４，６，７，１１は、穴位置精度が特に良好となることが確認できた。尚、副溝長が主溝長の５６〜８９％の範囲内である実験例３，５，８においては、穴位置精度は従来例に比し良好となっているが、切れ上がり狭角が小さいために、突発的な穴曲がりを引き起こし、Ｍａｘ値が大きくなってしまい（図１０においてはＭａｘ飛びと表現）、安定した穴加工が得られない可能性がある。また、実験例１においては、穴位置精度は従来例に比し良好となっているが、主溝２の溝長と副溝３の溝長が同じであり、且つ切れ上がり狭角が小さいという両者の要因により、同様にＭａｘ飛びが発生し、安定した穴加工が得られない可能性がある。
【００６９】
尚、副溝長が極端に短い実験例９，１０ではドリルが折損した。これは切り屑排出性が悪化したためと考えられる。
【００７０】
以上から、切り屑の巻き付き残りは切れ上がり狭角には依存せず、穴位置精度にのみ影響を与えることが確認でき、副溝長と切れ上がり狭角とが共に上記の範囲内に含まれる実験例２，４，６，７，１１は、巻き付き残りが少なく且つ穴位置精度も良好な穴明け工具となることが確認できた。
【符号の説明】
【００７１】
１ 工具本体
２ 切り屑排出溝
３ 切り屑排出溝
４ 連設部
５ 切れ上がり端点
６ 切れ上がり端点
Ｏ 工具軸心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具本体の先端に１つ若しくは複数の切れ刃が設けられ、この工具本体の外周に工具先端から基端側に向かう複数の螺旋状の切り屑排出溝が設けられ、この複数の切り屑排出溝は１つの主溝と１つ以上の副溝とを含み、前記主溝の途中部に前記副溝が連設される穴明け工具であって、前記主溝及び前記副溝のねじれ角は該主溝と該副溝との連設部から工具基端側において略等しい角度に設定され、前記副溝の溝長は前記主溝の溝長の５０〜９５％に設定され、前記副溝が前記連設部から前記主溝の終端より手前の所定位置まで前記主溝と並走するように設けられていることを特徴とする穴明け工具。
【請求項２】
工具本体の先端に１つ若しくは複数の切れ刃が設けられ、この工具本体の外周に工具先端から基端側に向かう複数の螺旋状の切り屑排出溝が設けられ、この複数の切り屑排出溝は１つの主溝と１つ以上の副溝とを含み、前記主溝の途中部に前記副溝が連設される穴明け工具であって、前記主溝及び前記副溝のねじれ角は該主溝と該副溝との連設部から工具基端側において略等しい角度に設定され、前記副溝の溝長は前記主溝の溝長の７０〜９５％に設定され、前記副溝が前記連設部から前記主溝の終端より手前の所定位置まで前記主溝と並走するように設けられていることを特徴とする穴明け工具。
【請求項３】
請求項１，２いずれか１項に記載の穴明け工具において、前記連設部における前記主溝と前記副溝との連設溝幅は、連設前の前記主溝の溝幅の１．１〜１．９倍であることを特徴とする穴明け工具。
【請求項４】
請求項１，２いずれか１項に記載の穴明け工具において、前記連設部における前記主溝と前記副溝との連設溝幅は、連設前の前記主溝の溝幅の１．３〜１．８倍であることを特徴とする穴明け工具。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項に記載の穴明け工具において、前記連設部の始端は工具先端から工具直径の２倍以上の位置で且つ前記主溝の溝長の５０％以下の位置に設けられていることを特徴とする穴明け工具。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項に記載の穴明け工具において、前記主溝及び副溝の終端の切れ上がり端点を含む夫々の工具軸直角断面における、前記主溝の切れ上がり端点と工具の回転軸心とを結ぶ第一の線及び前記副溝の切れ上がり端点と工具の回転軸心とを結ぶ第二の線を、工具の軸方向視における同一の軸直角投影面に投影した際、この投影面において前記第一の線と前記第二の線とがなす狭角のうち、少なくとも１つの狭角が９０°より大きく１８０°以下であることを特徴とする穴明け工具。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか１項に記載の穴明け工具において、前記切り屑排出溝として前記主溝と前記副溝とが１つずつ設けられていることを特徴とする穴明け工具。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか１項に記載の穴明け工具において、潤滑性皮膜として非晶質炭素皮膜が被覆されていることを特徴とする穴明け工具。
【請求項９】
請求項１〜８いずれか１項に記載の穴明け工具において、工具直径が０．４ｍｍ以下であることを特徴とする穴明け工具。
【請求項１】
工具本体の先端に１つ若しくは複数の切れ刃が設けられ、この工具本体の外周に工具先端から基端側に向かう複数の螺旋状の切り屑排出溝が設けられ、この複数の切り屑排出溝は１つの主溝と１つ以上の副溝とを含み、前記主溝の途中部に前記副溝が連設される穴明け工具であって、前記主溝及び前記副溝のねじれ角は該主溝と該副溝との連設部から工具基端側において略等しい角度に設定され、前記副溝の溝長は前記主溝の溝長の５０〜９５％に設定され、前記副溝が前記連設部から前記主溝の終端より手前の所定位置まで前記主溝と並走するように設けられていることを特徴とする穴明け工具。
【請求項２】
工具本体の先端に１つ若しくは複数の切れ刃が設けられ、この工具本体の外周に工具先端から基端側に向かう複数の螺旋状の切り屑排出溝が設けられ、この複数の切り屑排出溝は１つの主溝と１つ以上の副溝とを含み、前記主溝の途中部に前記副溝が連設される穴明け工具であって、前記主溝及び前記副溝のねじれ角は該主溝と該副溝との連設部から工具基端側において略等しい角度に設定され、前記副溝の溝長は前記主溝の溝長の７０〜９５％に設定され、前記副溝が前記連設部から前記主溝の終端より手前の所定位置まで前記主溝と並走するように設けられていることを特徴とする穴明け工具。
【請求項３】
請求項１，２いずれか１項に記載の穴明け工具において、前記連設部における前記主溝と前記副溝との連設溝幅は、連設前の前記主溝の溝幅の１．１〜１．９倍であることを特徴とする穴明け工具。
【請求項４】
請求項１，２いずれか１項に記載の穴明け工具において、前記連設部における前記主溝と前記副溝との連設溝幅は、連設前の前記主溝の溝幅の１．３〜１．８倍であることを特徴とする穴明け工具。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項に記載の穴明け工具において、前記連設部の始端は工具先端から工具直径の２倍以上の位置で且つ前記主溝の溝長の５０％以下の位置に設けられていることを特徴とする穴明け工具。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項に記載の穴明け工具において、前記主溝及び副溝の終端の切れ上がり端点を含む夫々の工具軸直角断面における、前記主溝の切れ上がり端点と工具の回転軸心とを結ぶ第一の線及び前記副溝の切れ上がり端点と工具の回転軸心とを結ぶ第二の線を、工具の軸方向視における同一の軸直角投影面に投影した際、この投影面において前記第一の線と前記第二の線とがなす狭角のうち、少なくとも１つの狭角が９０°より大きく１８０°以下であることを特徴とする穴明け工具。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか１項に記載の穴明け工具において、前記切り屑排出溝として前記主溝と前記副溝とが１つずつ設けられていることを特徴とする穴明け工具。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか１項に記載の穴明け工具において、潤滑性皮膜として非晶質炭素皮膜が被覆されていることを特徴とする穴明け工具。
【請求項９】
請求項１〜８いずれか１項に記載の穴明け工具において、工具直径が０．４ｍｍ以下であることを特徴とする穴明け工具。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図３】
【図１１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図３】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１１０９８４（Ｐ２０１２−１１０９８４Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６００９０（Ｐ２０１０−２６００９０）
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（０００１１５１２０）ユニオンツール株式会社 (44)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（０００１１５１２０）ユニオンツール株式会社 (44)
【Ｆターム（参考）】
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