专利名称：小型钻头的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及一种用于在印刷基板中钻出小直径深孔的孔部的小型钻头等切削工具。
另外，本申请以向日本提出的专利申请(专利申请2000-346953)为基础，并且引入该日本申请的记载内容作为本说明书的一部分。
在以往的小型钻头中，在绕转动轴线转动的小型钻头的刀尖部的周面，从刀尖部的顶端向基端相对形成绕转动轴线呈螺旋状的2条切屑排出槽。在设有这样的2条切屑排出槽的以往的小型钻头中，由于2条切屑排出槽会减薄芯厚而降低钻头刚性，因此，在加工孔径为1mm以下且孔深与孔径之比为5以上的小径深孔的情况下，因孔弯曲会造成孔位置角度降低、刀尖部折损。虽然在解决这些缺陷的一种方法中采用了步进式进给，但是钻孔的速度极低，从而会大幅度减低生产率。
为了解决上述问题，可采用在USP5584617中披露的小型钻头。图9为这种小型钻头的侧视图，
图10为这种小型钻头的刀尖部的剖面图。这种小型钻头10的特征在于设有刀尖部1以及钻杆，刀尖部1如图9所示，从其顶端向基端设有绕转动轴线呈螺旋状的1条切屑排出槽2，并且切屑排出槽2的螺旋角γ从刀尖部1的顶端向基端连续增大，从而能够改善切屑的排出处理。另外，在刀尖部1的剖面图中，如图10所示，刀尖部1的外周面，即刀带3由边缘4以及具有一定钻头间隙深度a的铲背面5构成，边缘4沿小型钻头10的转动方向T形成于切屑排出槽2的正后方，另外紧接边缘4的后方形成铲背面5。在这种小型钻头10中，由于仅存在1条切屑排出槽2，因此，不会减薄刀尖部1的芯厚，并能够保证具有较高的刚性，从而在一定程度上解决了前面所述的问题。
但是，由于为了保证具有较高的刚性而设置在刀尖部1周面上的切屑排出槽2仅为1条，因此，用于排出切屑的空间小于以往设有2条切屑排出槽的小型钻头，从而会产生切屑排出性能恶化以致引起切屑堵塞的切屑排出不良。
另外，由于位于边缘4转动方向后方的铲背面5的钻头间隙深度a很小，因此不能形成尺寸足以排出切屑的空间，从而无法实现排出切屑的任务。
结果，特别是在进行孔径为0.5mm以下且孔深与孔径之比为10以上的极小径深孔加工时，会频繁发生切屑排出不良，因此无法充分适应近来的进一步减小孔径、进一步加深孔深的要求。
涉及本发明的小型钻头用于钻出的孔的孔径为1mm以下且孔深与孔径之比为5以上的小径深孔加工，并且在刀尖部的周面形成从该刀尖部顶端向基端、绕转动轴线呈螺旋状的切屑排出槽，这种小型钻头的特征在于形成在所述刀尖部周面的切屑排出槽仅为1条，另外，形成槽状部，所述槽状部位于所述切屑排出槽的钻头转动方向前方，开设在所述刀尖部的周面，同时与该切屑排出槽连通，并且具有足够的尺寸，以便在切削被切削材料时，能够排出切屑。
采用这种结构，由于设置在所述刀尖部周面的切屑排出槽仅为1条，因此，与在刀尖部上设置2条切屑排出槽的以往的小型钻头相比，加厚了芯厚，从而能够获得高钻头刚性。另外，通过在切屑排出槽的钻头转动方向前方，形成尺寸足以排出切屑的槽状部，不仅通过切屑排出槽而且还能通过槽状部排出切屑，从而能够获得良好的切屑排出性。
另外，槽状部中最深处的深度M与刀尖部的最大外径D的比例M/D最好为10％以上，若该比例M/D小于10％，则会导致切屑排出性恶化。
另外，还具有的特征包括与所述刀尖部的断面内接的最大圆的直径d与所述刀尖部的最大外径D的比例d/D(以下，称为芯厚比例)为60％以上。
若采用这种结构，则能够充分确保小型钻头的芯厚，确保钻头的刚性较高。另外，若芯厚比例小于60％，则会减薄小型钻头的芯厚，无法保证充分的钻头刚性。
另外，还具有的特征包括在形成所述刀尖部的边缘的部分的断面中，分别连接边缘的两个端部和转动轴线的线所形成的角度(以下，称为余角)为120°以上。
所述边缘在切削中与加工孔的内壁接触，从而具有除毛刺的效果，同时，具有与向直径方向外侧拉伸刀刃部分的力相抵销，导引刀尖部以提高小型钻头的直进性的功能，若采用上述结构，则具有稳定的钻头直进性。另外，若余角小于120°，则会有损于直进性，无法获得足够的孔位置精度。
图2为在图1中所示的小型钻头的刀尖部的剖面图。
图3为显示第一实施例的小型钻头切削被切削材料的状态的顶端视图。
图4为显示本发明第二实施例的小型钻头的刀尖部的剖面图。
图5为显示本发明第三实施例的小型钻头的刀尖部的剖面图。
图6为显示本发明第四实施例的小型钻头的刀尖部的剖面图。
图7为显示本发明第五实施例的小型钻头的刀尖部的剖面图。
图8为示意性侧视图，其显示了本发明第三实施例的变形例的小型钻头的刀尖部。
图9为显示以往的小型钻头的侧视图。
图10为在图9中所示的小型钻头的刀尖部的剖面图。
图1为本发明第一实施例的小型钻头的侧视图，图2为在图1中所示的小型钻头的刀尖部的剖面图。
本发明第一实施例的小型钻头20由刀尖部11以及钻杆构成，刀尖部11如图1所示，例如以直径为0.05～1mm的小直径形成大致圆柱形状，并构成从其顶端至基端具有相同外径D的直线型。即，刀尖部11的外径D形成最大外径D。
另外，在刀尖部11，从其顶端向基端以螺旋状形成以转动轴线O为中心在外周面开口的1条切屑排出槽12。
从同一刀尖部11的顶端向基端以螺旋状形成以小型钻头12的转动轴线O为中心在刀尖部11的外周面开口的1条槽状部15。此处，槽状部1 5如图2所示，通过构成向转动轴线O凹入的凹曲面的壁面16以凹槽状形成，并且位于在切屑排出槽12的转动方向T正前方，该壁面16的转动方向T的后方形成与切屑排出槽12连通的状态。槽状部15的最深部的深度M(即，从在与转动轴线O正交的直线上、从刀尖部11外周面至槽状部15的壁面16的长度的最大值)与刀尖部11的最大外径D的比例M/D最好为10％以上，若比例M/D小于10％，则会造成切屑排出性恶化。
朝向切屑排出槽12的小型钻头20的转动方向T的壁面的顶端区域形成前倾面13，在该前倾面13和刀尖部11的顶端退刀面14的交叉棱角线部形成刀刃17。此处，刀尖部11的最大外径D(在第一实施例中，在刀尖部11的剖面图中，以转动轴线O为中心、使后面所述的边缘18作为圆弧的圆的直径)小于1mm，并且，以刀尖部11的有效刀刃长度L和最大外径D之比L/D为5以上的方式形成刀尖部11。
在刀尖部11，除切屑排出槽12以及槽状部15以外的外周面，即刀带19构成边缘18，切屑排出槽12以及槽状部15同样从刀尖部11的顶端向基端侧，以螺旋状形成在小型钻头20的转动方向T的后侧。此处，在本第一实施例中，从刀尖部11的顶端至基端形成边缘18。
此处，如图2所示，在刀尖部11的剖面图中，若位于边缘18转动方向T最前方的端部(在第一实施例中，形成在切屑排出槽12和边缘18的交叉棱角线的端部)为18a，位于边缘18转动方向T最后方的端部(形成在槽状部15和边缘18的交叉棱角线的端部)为18b，那么，分别连接这两个端部18a、18b和轴线0的线AOB所形成的角度θ(余角θ)被设定为120°以上(例如，在本第一实施例中，余角θ＝200°)。
如图2所示，使内接刀尖部11的断面的最大圆(所谓芯厚)的直径d与刀尖部11的最大外径D的之比d/D(芯厚比例d/D)为60％以上。此处，在第一实施例中，如图2所示，内接边缘18和切屑排出槽12的圆具有最大的外径d，芯厚比例d/D例如为65％。另外，在本第一实施例中，芯厚比例d/D从刀尖部11的顶端至基端是一定的。
在第一实施例中的小型钻头20中，如下所述那样，进行对印刷基板等被切削材料21钻孔的加工。在图3中，显示了第一实施例的小型钻头20的刀尖部11的顶端示意图。
如图3所示，通过小型钻头20以转动方向T转动，刀刃17对被切削材料21进行切削。沿切屑排出槽12、以刀尖部11的基端方向导引此时产生的切屑，使其排出至加工孔的外部。此时，由于形成了用于排出切屑的尺寸非常大的槽状部15，因此，不但能通过切屑排出槽12而且通过槽状部15，向刀尖部15的基端方向导引切削时产生的切屑，并将切屑排出加工孔的外部。之后，设置在刀尖部11外周面的边缘18一面进行加工孔内壁的除毛刺等表面精加工，一面通过导引加工孔的内壁，小型钻头20沿刀尖部11顶端的转动轴线O的方向进行切削。
如上所述，在第一实施例的小型钻头20中，由于在刀尖部11仅形成了一条切屑排出槽12，且芯厚比例d/D为60％以上，因此，因为不会减薄刀尖部11的芯部厚度，且具有较高的钻头刚性，所以能够防止由孔的歪斜造成的孔位置角度的降低，以及钻头的折损。
另外，由于在刀尖部11中设有槽状部15，因此，不但通过切屑排出槽12，而且通过槽状部15能够使切屑在刀尖部11的基端排出，从而防止切屑堵塞，与以往设有1条切屑排出槽的小型钻头相比，能够获得良好的切屑排出性。
由于边缘18在切削中与加工孔的内壁接触而具有除毛刺的效果，同时导引刀尖部11以具有提高小型钻头直进性的作用，且将余角设定为120°以上，所以能够具有充分的钻头直进性以获得良好的孔位置精度。
此处，若余角θ小于120°，则有损于边缘18产生的导引性，并且以转动轴线O为中心的钻头的转动平衡会破坏，丧失钻头的直进性，从而无法获得充分的孔位置精度。另外，希望余角θ越大越好。
在切削中，如图3所示，刀刃17部分承受通过被切削材料12的切削从转动轴线O向直径方向外侧拉伸的力P，边缘18承受从加工孔的内壁向转动轴线O方向被加压的应力Q。如第一实施例那样，若设置了余角θ为120°以上(例如200°)的边缘18，则边缘18承受的应力Q会增大，刀刃17以与拉伸产生的力P相抵消的方式运动，从而防止钻头的歪斜，获得更稳定的钻头的直进性，保持孔的位置精度的稳定。
下面，以图4和5显示本发明的第二、第三实施例的小型钻头中刀尖部的剖面图。
此处，第二、第三实施例的小型钻头30、40具有与上述第一实施例的小型钻头20大致相同的结构，不同之处在于余角θ和芯厚比例d/D不同，与上述第一实施例相同或同样的部分采用了相同的标号，故省略了对它们的说明。
第二实施例的小型钻头30如图4所示，将其余角θ设定为例如170°，并且将芯厚比例d/D设定为例如65％。此处，在第二实施例中，与边缘18和切屑排出槽12以及槽状部15内接的圆具有最大外径d。
在第二实施例中，由于将余角θ设定为小于第一实施例的余角，因此，槽状部15的空间尺寸大于第一实施例的槽状部空间尺寸。另外，虽然设置的芯厚比例d/D与第一实施例的相同，但是由于槽状部15加大，因此会在一定程度上减小刀尖部11的剖面面积。
因此，与第一实施例相比，由于减小了与加工孔内壁接触的边缘18的面积，并且减小了刀尖部11的剖面面积，因此，虽然多少会有损于钻头的直进性以及钻头的刚性，但是，通过加大槽状部15，仍能够获得良好的切屑排出性。
第三实施例的小型钻头40如图5所示，将其余角θ设定为例如120°，并且将芯厚比例d/D设定为例如60％。此处，在第三实施例中，与边缘18和切屑排出槽12以及槽状部15内接的圆具有最大的外径d。
在第三实施例中，由于与第一实施例以及第二实施例相比，较小地设定了余角θ，因此，槽状部15的空间尺寸大于第一实施例以及第二实施例的槽状部空间尺寸。另外，设定的芯厚比例d/D小于第一实施例以及第二实施例的芯厚比例d/D。
因此，与第一实施例以及第二实施例相比，由于进一步减小了与加工孔内壁接触的边缘18的面积，并且减小了刀尖部11的剖面面积，因此，虽然多少会有损于钻头的直进性，但是，通过进一步加大槽状部15，能够获得更良好的切屑排出性。
如上所述，虽然尽可能地增大余角θ，可以增大与加工孔内壁接触的边缘18的面积，以获得更稳定的钻头直进性，但是，因此会减小槽状部15的空间，从而导致切屑排出性恶化。另外，虽然尽可能地增大芯厚比例d/D，可以提高钻头的刚性，但是因此减小其切屑排出槽12以及槽状部15的空间，从而会造成切屑排出性恶化。
考虑到这些关系，在本发明的范围内，通过根据被切削材料或钻孔加工的环境等适当地设定余角θ、芯厚比例d/D、槽状部15以及切屑排出槽12的尺寸，从而能够获得具有所希望特性的小型钻头。
在本实施例中，为了减小被切削材料的加工孔的壁面与刀带19的摩擦，也可以设置铲背面以便以一定的钻头间隙深度形成间隙，下面通过第四、第五实施例说明这种情况。
第四、第五实施例的小型钻头50、60以大致与第一实施例的小型钻头10相同的结构构成，相同的部分采用了相同的符号，故省略了对它们的说明。图6显示了第四实施例的小型钻头的刀尖部的剖面图，图7显示了第五实施例的小型钻头的刀尖部的剖面图。
第四实施例的小型钻头50如图6所示，除其刀尖部11的切屑排出槽12以外的外周面，即刀带19，由边缘18以及铲背面19a构成，与切屑排出槽12相同，从刀尖部11的顶端向基端侧、在小型钻头50的转动方向T的后方以螺旋状形成。边缘18沿转动方向T在切屑排出槽12正后方形成，再在边缘18的后方紧接形成铲背面19a。另外，铲背面19a的钻头间隙深度b是一定的。
此处，将余角θ设定为例如150°，并且将芯厚比例d/D设定为例如65％。
如上所述，由于为了避免与被切削材料的加工孔的壁面的摩擦，以可以产生一定钻头间隙深度b的间隙的方式形成铲背面19a，因此，在对被切削材料穿孔时，可以减小与加工孔内壁接触的边缘18的面积。因此，由于钻头间隙深度b很小，刀尖部11的断面面积的减小量也很小，所以能够较高地保持钻头的刚性。
具有这种结构的小型钻头50虽然能够实现与上述第一至第三实施例相同的效果，但是，其适用于无法有效增大与加工孔内壁接触的边缘18的面积的情况，如对切削阻力特别大的被切削材料进行钻孔的情况。
在第四实施例中，虽然铲背面19a沿转动方向T形成在刀带19的后方部分(边缘18的后方)，但是所述铲背面19a也可以形成在刀带19的中央部分，使边缘18例如分为两个，将这种情况的小型钻头作为第五实施例，并在图7中显示了其刀尖部的剖面图。
第五实施例的小型钻头60如图7所示，除其刀尖部11的切屑排出槽12以及槽状部15以外的外周面，即刀带19，由第一边缘23、第二边缘24以及铲背面19a构成，且与切屑排出槽12相同，从刀尖部11的顶端向基端侧、在小型钻头60转动方向的后方以螺旋状形成。沿转动方向T、在切屑排出槽12的正后方形成第一边缘23，并且，在第一边缘23的后方紧接形成铲背面19a，在铲背面19a的后方紧接形成第二边缘24。
第五实施例的小型钻头60虽然能够实现与第一至第四实施例相同的效果，但是，在利用这种小型钻头60对被切削材料钻孔时，第一边缘23以及第二边缘24与加工孔的内壁接触，并分别承受沿向转动直线O的方向被压迫的力。因此，由于会产生压迫位于刀刃17正后方的边缘(第一边缘23)的应力与拉伸刀刃17部分的力相抵消的作用，进而，第一边缘23以及第二边缘24以由内壁承受的力相互抵消的方式运动，因此，能够防止钻头的歪斜，从而获得更稳定的小型钻头的直进性，稳定孔的位置精度。
在第五实施例中，虽然对将边缘18的数量分为两个设置的小型钻头60进行了说明，但是不应局限于此，也可以具有分为三个以上的边缘。
另外，在本实施例中，虽然说明了刀尖部11从其顶端至基端具有一定外径D(最大外径D)的小型钻头，但是，本发明如图8中刀尖部的示意图所示，也可用于刀尖部11由位于其顶端部分的第一刀尖部11a和第二刀尖部11b构成的端面切刀型小型钻头，其中第二刀尖部11b位于第一刀尖部11a后端且外径D’比第一刀尖部11a的外径D小。在这种情况下，第一刀尖部11a的外径D构成最大外径D，边缘18形成在第一刀尖部11a的外周面。
在本实施例中，虽然对刀尖部11的外径D顶端至基端是一定的直线型小型钻头进行了说明，但是不应局限于此，即使对于具有刀尖部11的外径从顶端向基端逐渐减小的离角的小型钻头也是可行的。在这种情况下，刀尖部11的顶端侧部分的外径构成最大外径D。
另外，在本实施例中，虽然槽状部15是以向转动轴线鼓起的凸槽状形成的，但不应局限于此，例如也可以采用直角状的槽等。
另外，在本实施例中，虽然芯厚比例d/D从刀尖部11的顶端至基端是一定的，但不应局限于此，芯厚比例d/D也可以从刀尖部11的顶端向基端逐渐增大。
另外，在本实施例中，虽然绕转动轴线呈螺旋状的切屑排出槽12以及槽状部15的螺旋角从刀尖部11的顶端至基端是一定的，但是，其螺旋角也可以从顶端至向基端产生连续变化。
实验例将本发明一个例子的小型钻头作为实验例1～5，将芯厚比例d/D小于上述本发明范围的小型钻头作为比较例1，将余角θ小于上述本发明范围的小型钻头作为比较例2，而作为以往例，将在刀尖部11设置2条切屑排出槽12的小型钻头作为以往例1，将虽在刀尖部11设置1条切屑排出槽12但未形成槽状部15的小型钻头作为以往例2～4，利用这些例子进行被切削材料的钻孔试验。另外，在实验例1～5，比较例1、2以及以往例1中，其切屑排出槽12的螺旋角为40°，而在以往例2～4中，其切屑排出槽12的螺旋角在刀尖部11的顶端为30°，向基端、螺旋角持续增大，在基端达到60°。试验条件以及结果如表1所示。
表1
在这些实验例、比较例以及以往例中，在刀尖部11的外径从该刀尖部11顶端至基端是恒定的0.1mm的直线型钻头中，使用了有效长度为1.2mm的小型钻头，对被切削材料(4块重叠厚度为0.2mm的BT树脂两面板而成)安装板(厚度0.2mm的LE400)以及垫板(厚度1.6mm的绝缘胶木树脂板)，进行钻孔试验。以钻头的转动速度为160000min-1(rpm)、进给速度为0.015mm/rev的非步进进给方式进行被切削材料的钻孔加工，在将每100个孔的平均位置精度维持在小于±50μm的值的同时，测定能够钻出的孔数。此处，表1中的寿命表示在平均位置精度超过±50μm之前钻出的孔数。
如表1所示，在将芯厚比例d/D设定为60％以上并且将余角θ设定为120°以上的实验例1～5中，钻出的孔数在达到6200以上后仍能确保稳定的孔位置精度，特别是在将芯厚比例d/D设定为65％以上并且将余角θ设定为150°以上的实验例3～5中，钻出的孔数达到6700以上仍能确保稳定的孔位置精度，能够获得显著的效果。
在芯厚比例d/D为55％而小于本发明范围的比较例1中，由于芯厚较小，因此会降低刚性，不能获得钻头的直进性，从而会发生孔的歪斜，钻孔的孔数只有在4300以下，孔的位置精度才能稳定。另外。在余角θ为90°而小于本发明范围的比较例2中，由于与加工孔的内壁接触的边缘面积较小，因此，不能获得钻头的直进性，从而会发生孔的歪斜，钻孔的孔数只有在4100以下，孔的位置精度才能稳定。
另外，在刀尖部11上形成2条切屑排出槽12的以往例1中，由于芯厚非常小而降低了钻头的刚性，因此，钻出的孔数只有在1400以下，孔的位置精度才能稳定。另外，在设置为刀尖部11上形成1条切屑排出槽12的槽状部15的以往例2中，切屑排出性不良，并会发生切屑堵塞，钻出的孔数只有在3800以下，孔的位置精度才能稳定。另外，同样，在设置为刀尖部11形成1条切屑排出槽12的槽状部15的以往例3、4中，会造成切屑排出性恶化，发生切屑堵塞，以致在钻出的孔数分别为2800、1800时，刀尖部11就会折损。
如上所述，将芯厚比例d/D设定为60％以上并且将余角θ设定为120°以上的实验例1～5与芯厚比例d/D小于本发明范围的比较例1、余角θ小于本发明范围的比较例2、在刀尖部11上形成2条切屑排出槽12的以往例1以及在刀尖部11形成1条切屑排出槽12的槽状部15的以往例2～4相比，能够钻出许多孔的位置精度稳定的孔。
工业实用性本发明主要涉及一种用于在印刷基板中钻穿出小直径深孔的孔部的小型钻头等切削工具。
采用本发明的小型钻头，由于设置在刀尖部的切屑排出槽仅为1条，因此，不会使芯厚变薄，并能够获得较高的钻头刚性，使孔的位置精度稳定。进而，通过在切屑排出槽的钻头转动方向前方形成了尺寸足以排出切屑的槽状部，由于在切削时切屑也可通过该槽状部排出，因此，能够良好地保持切屑排出性并防止切屑排出不良，并能够防止钻头的刀尖部的折损等。
另外，由于具有芯厚比例为60％以上的特征，因此，能够充分确保小型钻头的芯厚，保持钻头的刚性较高。
另外，由于具有余角为120°以上的特征，能抵消向径外方向外侧拉伸刀刃部分的力，并能导引刀尖部以提高小型钻头的直进性，能获得充分的钻头直进性以及良好的孔的位置精度。
权利要求
1.一种小型钻头，其用于钻出孔的孔径为1mm以下且孔深与孔径之比为5以上的小径深孔加工，并且在刀尖部的周面形成从该刀尖部顶端向基端、绕转动轴线呈螺旋状的切屑排出槽，其特征在于形成在所述刀尖部周面的切屑排出槽仅为1条，另外形成有槽状部，所述槽状部位于所述切屑排出槽的钻头转动方向前方，开设在所述刀尖部的周面，同时与该切屑排出槽连通，并且具有足够的尺寸，以便在切削被切削材料时，排出切屑。
2.根据权利要求1所述的小型钻头，其特征在于与所述刀尖部的断面内接的最大圆的直径d与所述刀尖部的最大外径D的比例d/D为60％以上。
3.根据权利要求1或2所述的小型钻头，其特征在于在形成所述刀尖部的边缘的部分断面中，分别连接边缘的两个端部和转动轴线的线所成的角度为120°以上。
全文摘要
本发明的小型钻头设有在刀尖部(11)周面上的1条切屑排出槽(12)以及在钻头转动方向T前方与该切屑排出槽(12)连通、开设在刀尖部(11)周面上的槽状部(15)。将芯厚比例d/D设定为60％以上；将余角θ设定为120°以上。这种小型钻头具有较高的刚性，且切屑排出性良好，孔位置精度较高。
文档编号B23B51/00GK1474726SQ01818673
公开日2004年2月11日 申请日期2001年3月30日 优先权日2000年11月14日
发明者金子和弘, 小谷二郎, 郎 申请人:三菱麻铁里亚尔株式会社