穴明け工具
【課題】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が設けられ、この複数の切り屑排出溝は少なくとも１つの主溝２ａと１つの副溝２ｂとを含み、前記主溝２ａの途中部に１つ若しくは複数の副溝２ｂが合流するように設けられた穴明け工具であって、前記主溝２ａと前記副溝２ｂとの合流部６に段差７を設ける。
【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が設けられ、この複数の切り屑排出溝は少なくとも１つの主溝２ａと１つの副溝２ｂとを含み、前記主溝２ａの途中部に１つ若しくは複数の副溝２ｂが合流するように設けられた穴明け工具であって、前記主溝２ａと前記副溝２ｂとの合流部６に段差７を設ける。
【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ガラスクロスに樹脂を含浸させたもの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、耐熱性の向上や曲げ強度の強化並びに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、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。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が設けられ、この複数の切り屑排出溝は少なくとも１つの主溝２ａと１つの副溝２ｂとを含み、前記主溝２ａの途中部に１つ若しくは複数の副溝２ｂが合流するように設けられた穴明け工具であって、前記主溝２ａと前記副溝２ｂとの合流部６に段差７が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、請求項１記載の穴明け工具において、前記段差７は前記主溝２ａと前記副溝２ｂの溝深さを異ならせることで形成されたものであ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、前記段差７は２μｍ以上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３記載の穴明け工具において、前記段差７は主溝２ａの溝深さの７０％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。
【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、前記主溝２ａ若しくは前記副溝２ｂのねじれ角を工具先端側と工具基端側とで異ならせることで、前記主溝２ａと前記副溝２ｂとを合流せしめた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、前記合流部６は工具先端から前記主溝２ａの溝長ｌ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。
【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、潤滑性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。
【００２４】
また、請求項７記載の穴明け工具において、前記潤滑性皮膜として非晶質炭素皮膜が採用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、工具の直径が０．７ｍｍ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。
【００２６】
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、工具の直径が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】
【００２７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【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】図４の先端部分の拡大概略説明図である。
【図６】図５（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。
【図７】実験結果を示す表及びグラフである。
【図８】比較例１の切り屑の巻き付き状態及び加工後の当て板を示す写真である。
【図９】比較例２の切り屑の巻き付き状態を示す写真である。
【図１０】実施例１の切り屑の巻き付き状態及び加工後の当て板を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
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に沿って排出される際、主溝２ａと副溝２ｂとの合流部６において切り屑同士が衝突することで、また、主溝２ａと副溝２ｂとの合流部６の段差７により、合流部６において切り屑が（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。
【実施例】
【００３１】
本発明の具体的な実施例について図４〜図１０に基づいて説明する。
【００３２】
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が設けられ、この複数の切り屑排出溝は少なくとも１つの主溝２ａと１つの副溝２ｂとを含み、前記主溝２ａの途中部に１つ若しくは複数の副溝２ｂが合流するように設けられた穴明け工具であって、前記主溝２ａと前記副溝２ｂとの合流部６に段差７が設けられているものである。
【００３３】
具体的には、本実施例は、工具直径が０．０７５ｍｍで溝長ｌが１．２ｍｍの主溝２ａと該主溝２ａに合流する副溝２ｂとが１条ずつ設けられ、この主溝２ａ及び副溝２ｂのすくい面と前記工具本体１の先端逃げ面（第一の逃げ面）との交差稜線部には夫々前記工具本体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。
【００３４】
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０．１ｍｍ／表裏両面Ｃｕ層）を５枚重ねて、その上面に当て板として厚さ０．１ｍｍ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。
【００３５】
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２ａと１つの副溝２ｂ）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。
【００３６】
更に具体的には、上記のような条件の場合に、前述の切り屑の巻き付き残りが発生し易いため、これを解決すべく図２に図示した工具を改良したものであり、工具本体１に非晶質炭素皮膜を被覆し、ドリルの主溝２ａに第一のねじれ角α１を有する第一のねじれ領域３と第一のねじれ領域３の工具基端側に連設され第一のねじれ角α１より大きい第二のねじれ角α２を有する第二のねじれ領域４とを設け（副溝２ｂのねじれ角α３は一定）、主溝２ａと副溝２ｂとを合流させたものである（図４，５参照。尚、図５（ａ）〜（ｃ）は図４の先端部分を夫々異なる回転位相で見たものである。）。
【００３７】
尚、主溝２ａでなく副溝２ｂまたは主溝２ａ及び副溝２ｂの双方に第一のねじれ領域と第二のねじれ領域とを設けて合流（連設）させる構成としても良いし、主溝２ａまたは副溝２ｂのねじれ角を工具基端側に向かって徐々に（曲線的に）変化させる（大きくする）ことで合流させる構成としても良いし、初めから主溝２ａ及び副溝２ｂのねじれ角を変えておくことで合流させる構成としても良い。
【００３８】
また、主溝２ａと副溝２ｂとの合流部６における段差７は、切り屑の飛散効果を目的として主溝２ａと副溝２ｂの溝深さを異ならせることで形成されるもので、主溝２ａと副溝２ｂの溝深さはどちらが深くてもよく、限定されるものではない。具体的には、主溝２ａの溝深さ（主溝深さ、主溝２ａの工具半径方向最深距離）Ｘを副溝２ｂの溝深さ（副溝深さ、副溝２ｂの工具半径方向最深距離）Ｙより深くすることで段差７を形成する場合、合流部６において合流しようとする切り屑同士がぶつかって合流できず、切り屑が径方向に飛散することになる。また、副溝２ｂの溝深さＹを主溝２ａの溝深さＸより深くすることで段差７を形成する場合、合流部６において副溝２ｂがなくなって切り屑が主溝２ａの壁にぶつかり、排出するスペースがなくなって、切り屑が径方向に飛散することになる。
【００３９】
また、本実施例においては、以下に詳細を記述した砥石痕による折損の危険性を回避するため、副溝２ｂの溝深さＹを主溝２ａの溝深さＸより浅くすることで段差７を形成している（図５（ｂ）のＡ−Ａ断面図を示す図６参照）。
【００４０】
この段差７は２μｍ以上で主溝２ａの溝深さＸの７０％以下とするのが望ましい。前記段差７が２μｍ未満であると、製造上主溝２ａに砥石痕ができる可能性が高く、この砥石痕に応力が集中し折損の起点となり得、折損の可能性が高まり、また工具の剛性劣化により穴位置精度に影響してしまう。本実施例１では前記段差７を３μｍ（主溝２ａの溝深さＸの３７％）に、本実施例２では５．２μｍ（主溝２ａの溝深さＸの６４％）に設定されている。また、前記段差７が主溝２ａの溝深さＸの７０％より大きいと、副溝２ｂが浅くなりすぎるため、必要最低限の切り屑排出性を阻害する可能性があり、好ましくない（図７には図示しないが、段差７を主溝２ａの溝深さＸの７４％に設定したドリルの実験結果では折損した）。
【００４１】
尚、本願においては主溝２ａと副溝２ｂとの合流開始点（工具先端からＯの位置）から合流終了点（工具先端からＰの位置）までの領域を合流部６としている。また、本願において段差７の測定位置は、主溝２ａと副溝２ｂとの合流開始点と合流終了点との中間位置Ｑである合流（連設）中心点の位置である。
【００４２】
また、合流部６の基端位置（主溝２ａと副溝２ｂとの合流終了点）が工具先端から主溝２ａの溝長ｌの５０％以下の位置に設けられるように第一のねじれ領域３及び第二のねじれ領域４の各ねじれ角及び連設位置を設定する。この場合、工具先端から溝長ｌの５０％を超える領域では溝が１つになって剛性が高まり、穴位置精度が向上する。合流部６を工具先端から主溝２ａの溝長ｌの５０％より後方（基端側）の位置に設けた場合、溝容積が大きくなり、工具の剛性が劣化し、穴位置精度が悪化したり折損の可能性が高くなる。本実施例では、合流部６の基端位置が工具先端から溝長ｌの３２％の位置となるように設定されている。
【００４３】
各部を具体的に説明する。
【００４４】
このドリルは、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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
第一のねじれ角α１は３０°〜４５°に設定されている。ねじれ角は、切り屑の排出性とドリル剛性に影響し、ねじれ角を大きくすると切り屑排出性が向上するが、反面、剛性が低下する関係にある。小径ドリルの場合、ドリルの耐折損性は剛性のみならず切り屑排出性の影響を受けやすい。そのため、直径が０．７ｍｍ以下、特に０．４ｍｍ以下のドリルのねじれ角は大きく設定することが望ましく、４０°〜５０°に設定されることが一般的である。
【００４９】
本発明者等は、更なるドリルの耐折損性の向上を図るべく、ドリルの剛性と切り屑排出性という相反する特性を示すねじれ角について研究を重ねた結果、被削物上面にアルミ板または樹脂付きアルミ板を載置するような場合や、被削物の内外層などに銅箔が多い場合には、ねじれ角を３０°未満にすると、切り屑排出性が悪化してドリルが折損しやすくなり、ねじれ角を４５°より大きく設定した場合、切り屑排出性の向上に起因して耐折損性が向上するが、アルミや銅の切り屑が過度に薄く長く形成されてしまい、工具本体１（切り屑排出溝）の基端部（根元部）に切り屑の巻き付き残りが発生しやすい知見を得た。
【００５０】
更に、本発明者等は、非晶質炭素皮膜等の潤滑性皮膜を被覆したドリルの場合、ノンコートのドリルに比べて耐折損性向上の効果はあるが、切り屑の巻き付き残りが顕著に発生し、この切り屑の巻き付き残り（切り屑塊）が当て板上に落下し、落下した切り屑塊にドリルが干渉することで穴位置精度の悪化やドリルの折損寿命が安定せずに早期に折損する場合があることをつきとめている。
【００５１】
これらを勘案すると、切削を行う工具先端の切れ刃部分はねじれ角（第一のねじれ角α１及び副溝２ｂのねじれ角α３）を４５°以下の角度（３０°〜４５°）として切り屑排出性を確保すると共に発生する切り屑を短くして切り屑が巻き付かないようにすることが望ましい。更に望ましくは、３５°〜４５°に設定すると良い。本実施例においては主溝２ａの第一のねじれ角α１及び副溝２ｂのねじれ角α３は３８°に設定されている。
【００５２】
第二のねじれ角α２は第一のねじれ角α１より５°以上大きい角度に設定され、且つ３５°〜６５°に設定されている。第二のねじれ角α２を第一のねじれ角α１より大きくすることで、切り屑排出溝の基端側の切り屑排出性が高まり耐折損性が向上する。
【００５３】
また、非晶質炭素皮膜（潤滑性皮膜）が被覆された効果によって第一のねじれ角α１に設定されている第一のねじれ領域３における切り屑排出溝に沿ってスムーズに排出されている切り屑の排出方向を強制的に第二のねじれ角α２に設定されている第二のねじれ領域４における切り屑排出溝へと変化させて遠心力との相乗効果によって工具本体１の外方へ飛散させ、この点においても切り屑の巻き付きを防止して折損寿命を長く安定させている。
【００５４】
第一のねじれ角α１と第二のねじれ角α２との角度差が５°未満の場合は、切り屑の排出方向を強制的に変化させる効果が低下し、ねじれ角が変化することによる切り屑の工具本体１の外方への飛散効果が低下する。また、第二のねじれ角α２が６５°より大きいと工具本体１の基端部の剛性が低下し、耐折損性を悪化させることとなる。
【００５５】
更に望ましくは、第一のねじれ角α１と第二のねじれ角α２との角度差を１０°以上に設定し、且つ、第二のねじれ角α２と４５°〜６０°に設定すると良い。本実施例においては、第二のねじれ角α２は、第一のねじれ角α１（３８°）と１７°の角度差と設けて５５°に設定されている。
【００５６】
また、切り屑を良好に排出するためには、できるだけ工具先端側で第二のねじれ角α２へ変化することが望ましいが、一般的にＰＣＢ用のドリルは使用後に先端を研ぎ直して使用するため（再研磨）、第一のねじれ領域３と第二のねじれ領域４との連設部５は、研磨量を考慮して工具先端から０．２ｍｍ以上切り屑排出溝の溝長ｌの５０％以下の位置に設定するのが好ましい。
【００５７】
本実施例においては、第一のねじれ角α１と第二のねじれ角α２との変化点（連設部５）が工具先端から溝長ｌの２０．８％の位置（Ｃ１）となるように設定されている。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
本実施例は上述のように構成したから、少なくとも切り屑排出溝に非晶質炭素皮膜等の潤滑性皮膜を被覆することで切り屑排出溝の表面潤滑性が高くなり、よって穴明け加工で生じた切り屑のせん断角が大きくなって切り屑が薄く長くなると共に、表面潤滑性が高いことから切り屑が切り屑排出溝に沿って工具本体１（図１における刃部Ｃ）の基端部へ排出され易くなり、それだけ切り屑詰まりが防止され、折損し難くなる。
【００６３】
また、工具先端のねじれ角α１及びα３を小さくすることで、切り屑が薄く長くなり過ぎることを防止でき、切り屑が厚く短くなって工具本体１に巻き付き難くなり、さらに切れ刃の刃物角を大きく確保することができるため、切れ刃のカケを防ぐことができ穴位置精度が改善されると共に、折損し難くなる。
【００６４】
さらに、工具基端側のねじれ角α２を大きくすることで、切り屑排出溝２の基端側の切り屑排出性が高まり耐折損性が向上し、且つ、非晶質炭素皮膜（潤滑性皮膜）が被覆された効果によって切り屑排出溝２に沿ってスムーズに排出されている切り屑の排出方向を強制的に変化させて遠心力との相乗効果によって工具本体１の外方へ飛散させ、切り屑の巻き付きを防止して折損寿命が長く安定した穴明け加工が実現可能となる。
【００６５】
また、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に沿って排出される際、主溝２ａと副溝２ｂとの合流部６において切り屑同士が衝突することで、また、主溝２ａと副溝２ｂとの合流部６の段差７により、合流部６において切り屑が（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。
【００６６】
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。
【００６７】
本実施例の効果を裏付ける実験例について説明する。
【００６８】
図７は主溝２ａを一定の溝深さＸとし、副溝２ｂの溝深さＹを種々変化させたドリルで穴明け加工した際の穴位置精度を評価した実験結果を示す表及びグラフである。この実験で使用したドリルは、工具直径を０．０７５ｍｍ、（主溝の）溝長ｌを１．２ｍｍとし、比較例１は従来の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、比較例２（主溝と副溝との合流部に段差のない例）、実施例１及び実施例２は、主溝２ａのねじれ角α１・α２を３８°・５５°とし副溝２ｂのねじれ角α３を３８°一定とし、その他、心厚、先端角など、副溝２ｂの溝深さＹ以外の仕様を同じ値としている。なお、実施例１及び実施例２の副溝２ｂの溝深さＹは、いずれも主溝２ａの溝深さＸよりも浅く設定している。また工具本体１には非晶質炭素皮膜（ＤＬＣ）を被覆している。
【００６９】
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０．１ｍｍ／表裏両面Ｃｕ層）を５枚重ねてその上面に当て板として厚さ０．１ｍｍ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３００ｋｒｐｍ、送り速度を１．８ｍ／ｍｉｎとし、設定ヒット数を１０，０００ヒットとした。
【００７０】
図７，８より、比較例１はライフ後半で顕著な切り屑の巻き付きが発生し、当て板進入側に巻き付きの擦り跡や巻き付いた切り屑の落下が確認された。そして、これらが当て板進入側表面に凹凸を形成し、ドリルの食付き性を劣化させ、ドリルが曲がり易くなることが確認された。一方、図７，１０より、実施例１及び実施例２では、工具基端側で溝が１つになるため、工具基端側の剛性が高く、このような問題は生じず、ドリルが曲がり難くなることが確認され、主溝・副溝深さ差（段差）／主溝深さが７０％以下で穴位置精度の改善が確認された。尚、主溝・副溝深さ差（段差）／主溝深さが７０％を超えると穴位置精度が悪化することも確認されている。また、巻き付きの量は、図８〜１０より、比較例１、比較例２、実施例１の順に少なくなり、図示しないが実施例２の巻き付き量は実施例１と同等であることが確認された。よって、本実施例によれば従来のドリル（比較例１）に比し巻き付き性が改善することが確認された。
【符号の説明】
【００７１】
１ 工具本体
２ａ 主溝
２ｂ 副溝
６ 合流部
７ 段差
ｌ 溝長
【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ガラスクロスに樹脂を含浸させたもの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、耐熱性の向上や曲げ強度の強化並びに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、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。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が設けられ、この複数の切り屑排出溝は少なくとも１つの主溝２ａと１つの副溝２ｂとを含み、前記主溝２ａの途中部に１つ若しくは複数の副溝２ｂが合流するように設けられた穴明け工具であって、前記主溝２ａと前記副溝２ｂとの合流部６に段差７が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、請求項１記載の穴明け工具において、前記段差７は前記主溝２ａと前記副溝２ｂの溝深さを異ならせることで形成されたものであ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、前記段差７は２μｍ以上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３記載の穴明け工具において、前記段差７は主溝２ａの溝深さの７０％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。
【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、前記主溝２ａ若しくは前記副溝２ｂのねじれ角を工具先端側と工具基端側とで異ならせることで、前記主溝２ａと前記副溝２ｂとを合流せしめた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、前記合流部６は工具先端から前記主溝２ａの溝長ｌ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。
【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、潤滑性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。
【００２４】
また、請求項７記載の穴明け工具において、前記潤滑性皮膜として非晶質炭素皮膜が採用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、工具の直径が０．７ｍｍ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。
【００２６】
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、工具の直径が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】
【００２７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【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】図４の先端部分の拡大概略説明図である。
【図６】図５（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。
【図７】実験結果を示す表及びグラフである。
【図８】比較例１の切り屑の巻き付き状態及び加工後の当て板を示す写真である。
【図９】比較例２の切り屑の巻き付き状態を示す写真である。
【図１０】実施例１の切り屑の巻き付き状態及び加工後の当て板を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
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に沿って排出される際、主溝２ａと副溝２ｂとの合流部６において切り屑同士が衝突することで、また、主溝２ａと副溝２ｂとの合流部６の段差７により、合流部６において切り屑が（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。
【実施例】
【００３１】
本発明の具体的な実施例について図４〜図１０に基づいて説明する。
【００３２】
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が設けられ、この複数の切り屑排出溝は少なくとも１つの主溝２ａと１つの副溝２ｂとを含み、前記主溝２ａの途中部に１つ若しくは複数の副溝２ｂが合流するように設けられた穴明け工具であって、前記主溝２ａと前記副溝２ｂとの合流部６に段差７が設けられているものである。
【００３３】
具体的には、本実施例は、工具直径が０．０７５ｍｍで溝長ｌが１．２ｍｍの主溝２ａと該主溝２ａに合流する副溝２ｂとが１条ずつ設けられ、この主溝２ａ及び副溝２ｂのすくい面と前記工具本体１の先端逃げ面（第一の逃げ面）との交差稜線部には夫々前記工具本体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。
【００３４】
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０．１ｍｍ／表裏両面Ｃｕ層）を５枚重ねて、その上面に当て板として厚さ０．１ｍｍ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。
【００３５】
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２ａと１つの副溝２ｂ）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。
【００３６】
更に具体的には、上記のような条件の場合に、前述の切り屑の巻き付き残りが発生し易いため、これを解決すべく図２に図示した工具を改良したものであり、工具本体１に非晶質炭素皮膜を被覆し、ドリルの主溝２ａに第一のねじれ角α１を有する第一のねじれ領域３と第一のねじれ領域３の工具基端側に連設され第一のねじれ角α１より大きい第二のねじれ角α２を有する第二のねじれ領域４とを設け（副溝２ｂのねじれ角α３は一定）、主溝２ａと副溝２ｂとを合流させたものである（図４，５参照。尚、図５（ａ）〜（ｃ）は図４の先端部分を夫々異なる回転位相で見たものである。）。
【００３７】
尚、主溝２ａでなく副溝２ｂまたは主溝２ａ及び副溝２ｂの双方に第一のねじれ領域と第二のねじれ領域とを設けて合流（連設）させる構成としても良いし、主溝２ａまたは副溝２ｂのねじれ角を工具基端側に向かって徐々に（曲線的に）変化させる（大きくする）ことで合流させる構成としても良いし、初めから主溝２ａ及び副溝２ｂのねじれ角を変えておくことで合流させる構成としても良い。
【００３８】
また、主溝２ａと副溝２ｂとの合流部６における段差７は、切り屑の飛散効果を目的として主溝２ａと副溝２ｂの溝深さを異ならせることで形成されるもので、主溝２ａと副溝２ｂの溝深さはどちらが深くてもよく、限定されるものではない。具体的には、主溝２ａの溝深さ（主溝深さ、主溝２ａの工具半径方向最深距離）Ｘを副溝２ｂの溝深さ（副溝深さ、副溝２ｂの工具半径方向最深距離）Ｙより深くすることで段差７を形成する場合、合流部６において合流しようとする切り屑同士がぶつかって合流できず、切り屑が径方向に飛散することになる。また、副溝２ｂの溝深さＹを主溝２ａの溝深さＸより深くすることで段差７を形成する場合、合流部６において副溝２ｂがなくなって切り屑が主溝２ａの壁にぶつかり、排出するスペースがなくなって、切り屑が径方向に飛散することになる。
【００３９】
また、本実施例においては、以下に詳細を記述した砥石痕による折損の危険性を回避するため、副溝２ｂの溝深さＹを主溝２ａの溝深さＸより浅くすることで段差７を形成している（図５（ｂ）のＡ−Ａ断面図を示す図６参照）。
【００４０】
この段差７は２μｍ以上で主溝２ａの溝深さＸの７０％以下とするのが望ましい。前記段差７が２μｍ未満であると、製造上主溝２ａに砥石痕ができる可能性が高く、この砥石痕に応力が集中し折損の起点となり得、折損の可能性が高まり、また工具の剛性劣化により穴位置精度に影響してしまう。本実施例１では前記段差７を３μｍ（主溝２ａの溝深さＸの３７％）に、本実施例２では５．２μｍ（主溝２ａの溝深さＸの６４％）に設定されている。また、前記段差７が主溝２ａの溝深さＸの７０％より大きいと、副溝２ｂが浅くなりすぎるため、必要最低限の切り屑排出性を阻害する可能性があり、好ましくない（図７には図示しないが、段差７を主溝２ａの溝深さＸの７４％に設定したドリルの実験結果では折損した）。
【００４１】
尚、本願においては主溝２ａと副溝２ｂとの合流開始点（工具先端からＯの位置）から合流終了点（工具先端からＰの位置）までの領域を合流部６としている。また、本願において段差７の測定位置は、主溝２ａと副溝２ｂとの合流開始点と合流終了点との中間位置Ｑである合流（連設）中心点の位置である。
【００４２】
また、合流部６の基端位置（主溝２ａと副溝２ｂとの合流終了点）が工具先端から主溝２ａの溝長ｌの５０％以下の位置に設けられるように第一のねじれ領域３及び第二のねじれ領域４の各ねじれ角及び連設位置を設定する。この場合、工具先端から溝長ｌの５０％を超える領域では溝が１つになって剛性が高まり、穴位置精度が向上する。合流部６を工具先端から主溝２ａの溝長ｌの５０％より後方（基端側）の位置に設けた場合、溝容積が大きくなり、工具の剛性が劣化し、穴位置精度が悪化したり折損の可能性が高くなる。本実施例では、合流部６の基端位置が工具先端から溝長ｌの３２％の位置となるように設定されている。
【００４３】
各部を具体的に説明する。
【００４４】
このドリルは、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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
第一のねじれ角α１は３０°〜４５°に設定されている。ねじれ角は、切り屑の排出性とドリル剛性に影響し、ねじれ角を大きくすると切り屑排出性が向上するが、反面、剛性が低下する関係にある。小径ドリルの場合、ドリルの耐折損性は剛性のみならず切り屑排出性の影響を受けやすい。そのため、直径が０．７ｍｍ以下、特に０．４ｍｍ以下のドリルのねじれ角は大きく設定することが望ましく、４０°〜５０°に設定されることが一般的である。
【００４９】
本発明者等は、更なるドリルの耐折損性の向上を図るべく、ドリルの剛性と切り屑排出性という相反する特性を示すねじれ角について研究を重ねた結果、被削物上面にアルミ板または樹脂付きアルミ板を載置するような場合や、被削物の内外層などに銅箔が多い場合には、ねじれ角を３０°未満にすると、切り屑排出性が悪化してドリルが折損しやすくなり、ねじれ角を４５°より大きく設定した場合、切り屑排出性の向上に起因して耐折損性が向上するが、アルミや銅の切り屑が過度に薄く長く形成されてしまい、工具本体１（切り屑排出溝）の基端部（根元部）に切り屑の巻き付き残りが発生しやすい知見を得た。
【００５０】
更に、本発明者等は、非晶質炭素皮膜等の潤滑性皮膜を被覆したドリルの場合、ノンコートのドリルに比べて耐折損性向上の効果はあるが、切り屑の巻き付き残りが顕著に発生し、この切り屑の巻き付き残り（切り屑塊）が当て板上に落下し、落下した切り屑塊にドリルが干渉することで穴位置精度の悪化やドリルの折損寿命が安定せずに早期に折損する場合があることをつきとめている。
【００５１】
これらを勘案すると、切削を行う工具先端の切れ刃部分はねじれ角（第一のねじれ角α１及び副溝２ｂのねじれ角α３）を４５°以下の角度（３０°〜４５°）として切り屑排出性を確保すると共に発生する切り屑を短くして切り屑が巻き付かないようにすることが望ましい。更に望ましくは、３５°〜４５°に設定すると良い。本実施例においては主溝２ａの第一のねじれ角α１及び副溝２ｂのねじれ角α３は３８°に設定されている。
【００５２】
第二のねじれ角α２は第一のねじれ角α１より５°以上大きい角度に設定され、且つ３５°〜６５°に設定されている。第二のねじれ角α２を第一のねじれ角α１より大きくすることで、切り屑排出溝の基端側の切り屑排出性が高まり耐折損性が向上する。
【００５３】
また、非晶質炭素皮膜（潤滑性皮膜）が被覆された効果によって第一のねじれ角α１に設定されている第一のねじれ領域３における切り屑排出溝に沿ってスムーズに排出されている切り屑の排出方向を強制的に第二のねじれ角α２に設定されている第二のねじれ領域４における切り屑排出溝へと変化させて遠心力との相乗効果によって工具本体１の外方へ飛散させ、この点においても切り屑の巻き付きを防止して折損寿命を長く安定させている。
【００５４】
第一のねじれ角α１と第二のねじれ角α２との角度差が５°未満の場合は、切り屑の排出方向を強制的に変化させる効果が低下し、ねじれ角が変化することによる切り屑の工具本体１の外方への飛散効果が低下する。また、第二のねじれ角α２が６５°より大きいと工具本体１の基端部の剛性が低下し、耐折損性を悪化させることとなる。
【００５５】
更に望ましくは、第一のねじれ角α１と第二のねじれ角α２との角度差を１０°以上に設定し、且つ、第二のねじれ角α２と４５°〜６０°に設定すると良い。本実施例においては、第二のねじれ角α２は、第一のねじれ角α１（３８°）と１７°の角度差と設けて５５°に設定されている。
【００５６】
また、切り屑を良好に排出するためには、できるだけ工具先端側で第二のねじれ角α２へ変化することが望ましいが、一般的にＰＣＢ用のドリルは使用後に先端を研ぎ直して使用するため（再研磨）、第一のねじれ領域３と第二のねじれ領域４との連設部５は、研磨量を考慮して工具先端から０．２ｍｍ以上切り屑排出溝の溝長ｌの５０％以下の位置に設定するのが好ましい。
【００５７】
本実施例においては、第一のねじれ角α１と第二のねじれ角α２との変化点（連設部５）が工具先端から溝長ｌの２０．８％の位置（Ｃ１）となるように設定されている。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
本実施例は上述のように構成したから、少なくとも切り屑排出溝に非晶質炭素皮膜等の潤滑性皮膜を被覆することで切り屑排出溝の表面潤滑性が高くなり、よって穴明け加工で生じた切り屑のせん断角が大きくなって切り屑が薄く長くなると共に、表面潤滑性が高いことから切り屑が切り屑排出溝に沿って工具本体１（図１における刃部Ｃ）の基端部へ排出され易くなり、それだけ切り屑詰まりが防止され、折損し難くなる。
【００６３】
また、工具先端のねじれ角α１及びα３を小さくすることで、切り屑が薄く長くなり過ぎることを防止でき、切り屑が厚く短くなって工具本体１に巻き付き難くなり、さらに切れ刃の刃物角を大きく確保することができるため、切れ刃のカケを防ぐことができ穴位置精度が改善されると共に、折損し難くなる。
【００６４】
さらに、工具基端側のねじれ角α２を大きくすることで、切り屑排出溝２の基端側の切り屑排出性が高まり耐折損性が向上し、且つ、非晶質炭素皮膜（潤滑性皮膜）が被覆された効果によって切り屑排出溝２に沿ってスムーズに排出されている切り屑の排出方向を強制的に変化させて遠心力との相乗効果によって工具本体１の外方へ飛散させ、切り屑の巻き付きを防止して折損寿命が長く安定した穴明け加工が実現可能となる。
【００６５】
また、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に沿って排出される際、主溝２ａと副溝２ｂとの合流部６において切り屑同士が衝突することで、また、主溝２ａと副溝２ｂとの合流部６の段差７により、合流部６において切り屑が（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。
【００６６】
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。
【００６７】
本実施例の効果を裏付ける実験例について説明する。
【００６８】
図７は主溝２ａを一定の溝深さＸとし、副溝２ｂの溝深さＹを種々変化させたドリルで穴明け加工した際の穴位置精度を評価した実験結果を示す表及びグラフである。この実験で使用したドリルは、工具直径を０．０７５ｍｍ、（主溝の）溝長ｌを１．２ｍｍとし、比較例１は従来の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、比較例２（主溝と副溝との合流部に段差のない例）、実施例１及び実施例２は、主溝２ａのねじれ角α１・α２を３８°・５５°とし副溝２ｂのねじれ角α３を３８°一定とし、その他、心厚、先端角など、副溝２ｂの溝深さＹ以外の仕様を同じ値としている。なお、実施例１及び実施例２の副溝２ｂの溝深さＹは、いずれも主溝２ａの溝深さＸよりも浅く設定している。また工具本体１には非晶質炭素皮膜（ＤＬＣ）を被覆している。
【００６９】
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０．１ｍｍ／表裏両面Ｃｕ層）を５枚重ねてその上面に当て板として厚さ０．１ｍｍ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３００ｋｒｐｍ、送り速度を１．８ｍ／ｍｉｎとし、設定ヒット数を１０，０００ヒットとした。
【００７０】
図７，８より、比較例１はライフ後半で顕著な切り屑の巻き付きが発生し、当て板進入側に巻き付きの擦り跡や巻き付いた切り屑の落下が確認された。そして、これらが当て板進入側表面に凹凸を形成し、ドリルの食付き性を劣化させ、ドリルが曲がり易くなることが確認された。一方、図７，１０より、実施例１及び実施例２では、工具基端側で溝が１つになるため、工具基端側の剛性が高く、このような問題は生じず、ドリルが曲がり難くなることが確認され、主溝・副溝深さ差（段差）／主溝深さが７０％以下で穴位置精度の改善が確認された。尚、主溝・副溝深さ差（段差）／主溝深さが７０％を超えると穴位置精度が悪化することも確認されている。また、巻き付きの量は、図８〜１０より、比較例１、比較例２、実施例１の順に少なくなり、図示しないが実施例２の巻き付き量は実施例１と同等であることが確認された。よって、本実施例によれば従来のドリル（比較例１）に比し巻き付き性が改善することが確認された。
【符号の説明】
【００７１】
１ 工具本体
２ａ 主溝
２ｂ 副溝
６ 合流部
７ 段差
ｌ 溝長
【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少なくとも１つの主溝と１つの副溝とを含み、前記主溝の途中部に１つ若しくは複数の副溝が合流するように設けられた穴明け工具であって、前記主溝と前記副溝との合流部に段差が設けられていることを特徴とする穴明け工具。
【請求項２】
請求項１記載の穴明け工具において、前記段差は前記主溝と前記副溝の溝深さを異ならせることで形成されたものであ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、前記段差は２μｍ以上であることを特徴とする穴明け工具。
【請求項４】
請求項３記載の穴明け工具において、前記段差は主溝の溝深さの７０％以下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、前記主溝若しくは前記副溝のねじれ角を工具先端側と工具基端側とで異ならせることで、前記主溝と前記副溝とを合流せしめた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、前記合流部は工具先端から前記主溝の溝長の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、潤滑性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８】
請求項７記載の穴明け工具において、前記潤滑性皮膜として非晶質炭素皮膜が採用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、工具の直径が０．７ｍｍ以下であることを特徴とする穴明け工具。
【請求項１０】
請求項１〜８いずれか１項に記載の穴明け工具において、工具の直径が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少なくとも１つの主溝と１つの副溝とを含み、前記主溝の途中部に１つ若しくは複数の副溝が合流するように設けられた穴明け工具であって、前記主溝と前記副溝との合流部に段差が設けられていることを特徴とする穴明け工具。
【請求項２】
請求項１記載の穴明け工具において、前記段差は前記主溝と前記副溝の溝深さを異ならせることで形成されたものであ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、前記段差は２μｍ以上であることを特徴とする穴明け工具。
【請求項４】
請求項３記載の穴明け工具において、前記段差は主溝の溝深さの７０％以下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、前記主溝若しくは前記副溝のねじれ角を工具先端側と工具基端側とで異ならせることで、前記主溝と前記副溝とを合流せしめた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、前記合流部は工具先端から前記主溝の溝長の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、潤滑性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８】
請求項７記載の穴明け工具において、前記潤滑性皮膜として非晶質炭素皮膜が採用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、工具の直径が０．７ｍｍ以下であることを特徴とする穴明け工具。
【請求項１０】
請求項１〜８いずれか１項に記載の穴明け工具において、工具の直径が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３】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図３】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１１４８９（Ｐ２０１２−１１４８９Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４９１５４（Ｐ２０１０−１４９１５４）
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【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１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【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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