(57)【要約】【課題】セラミック等の硬脆材料、ハイシリコンアルミニウム合金、ＭＭＣ等の難削材の穴明けにおいて優れた切味を示し、且つ長寿命が得られる穴明け工具を提供する。【解決手段】ドリル３の軸方向に伸びる溝１１にダイヤモンド砥粒と活性ロー材とを混合物を充填し、これを焼成することにより溝に溝部砥粒層１５を形成し、固着する。同時にドリルの先端面１３上にも先端部砥粒層１７を形成、固着する。両砥粒層の外径はドリルの外径と同じにしてある。これにより硬脆材料、難削材の穴明けも容易に行え、砥粒層とドリル本体とが工具全体とし自生作用を起こすので、長寿命化を実現することが出来る。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドリルの軸方向に伸びて形成された溝に、ダイヤモンド砥粒と金属結合材とからなり、ダイヤモンド砥粒が多層に構成されたダイヤモンド砥粒層を固着した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、前記ダイヤモンド砥粒層の外径が前記ドリルの外径に略等しいことを特徴とする、穴明け工具。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の穴明け工具において、前記ドリルの先端面上にダイヤモンド砥粒が固着されていることを特徴とする、穴明け工具。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１に記載の穴明け工具において、前記金属結合材が活性ロー材であることを特徴とする、穴明け工具。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１に記載の穴明け工具において、前記溝は複数設けられ、前記溝のうちの少なくとも一つには前記ダイヤモンド層が固着されていないことを特徴とする、穴明け工具。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１に記載の穴明け工具において、前記ドリルの材質は、高速度鋼、炭素工具鋼、合金工具鋼のいずれかであることを特徴とする、穴明け工具。
【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。さらに詳細に言えば、硬脆材料や複合材料の穴明けに適した穴明け工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的な穴明け工具としてドリルがある。このドリルはJIS B 0171に規定されているように超硬合金や高速度鋼を用いて作られるのが一般的であるが、このドリルの表面を炭化物、窒化物、酸化物、セラミック或いはダイヤモンドの薄膜でコーティングしたドリルも同じ規格に規定されている。このコーティングは通常耐摩耗性を向上させ、切削抵抗を下げ、或いは切粉の溶着を防止する作用がある。ダイヤモンドでコーティングした例が例えば特開平７−６０５２１に開示されている。また、ダイヤモンド砥粒を電着でドリル表面に固着したものもあり、例えば特開２００１−１２３１３にその一例が開示されている。
【０００３】
ところで、セラミック等の硬脆材料、ハイシリコンアルミニウム合金、或いは金属基複合材料（ＭＭＣ）等の難削材の穴明けをするには、コーティングの硬度も十分なものではない。また、コーティングが摩耗或いは剥離してしまうとその部分から工具本体の摩耗が急速に進んでしまい、寿命が短時間で尽きてしまう。その中でダイヤモンドコーティングは硬度も高く、比較的に安定した切味が持続できるが、やはりコーティングが摩耗し、或いは剥離するとその部分から急速に摩耗が進行してしまうことには変わりがない。また、高速度鋼はダイヤモンドコーティングが不可能で、超硬も材種が限られるなど、ダイヤモンドコーティングが出来る材質が限られている点でも問題がある。
【０００４】
摩耗、剥離に起因する問題はダイヤモンド砥粒を電着で固着したドリルでも同様である。電着でのダイヤモンド砥粒の固着は通常一層だけであり、その層が摩耗、剥離してしまうとドリルは急速に磨耗し、寿命が尽きてしまう。
【０００５】
勿論ドリルが摩耗する前に対応することは可能であるが、その場合、ドリル表面に残っているコーティング或いは砥粒を全て一旦除去した後、再度コーティング或いは電着をし直す必要があり、作業に手間がかかると共に総コストも高くなってしまう。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−６０５２１
【特許文献２】特開２００１−１２３１３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明は上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、セラミック等の硬脆材料、ハイシリコンアルミニウム合金、ＭＭＣ等の難削材の穴明けにおいて優れた切味を示し、且つ長寿命が得られる穴明け工具を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明における穴明け工具では、工具の本体としてドリルを使用し、そのドリルの軸方向に伸びて形成された溝に、ダイヤモンド砥粒と金属結合材とからなり、ダイヤモンド砥粒が多層に構成されたダイヤモンド砥粒層を固着した。このダイヤモンド砥粒層は、ドリルの軸方向及び径方向においてダイヤモンド砥粒が多層になっている。
ある実施の形態では、ダイヤモンド砥粒層の外径をドリルの外径に略等しくした。これにより所定の径の穴を明けることが出来る。
ある実施の形態では、ドリルの先端面上にもダイヤモンド砥粒が固着されている。これにより、穴明けの初期において被削材への食付きが良くなる。
更に他の実施の形態では、金属結合材として活性ロー材を用いている。これにより、ドリルの溝内への砥粒層の形成、固着が容易に行える。
更に他の実施の形態では、溝は複数設けられ、その溝のうち少なくとも一つにはダイヤモンド層が固着されていない。これにより切粉の排出が容易になる。
更に他の実施の形態では、ドリルの材質は、高速度鋼、炭素工具鋼、合金工具鋼のいずれかである。これにより、ドリル本体も作用面で砥粒の摩耗に伴って摩耗して、工具全体としてその作用面で自生作用が生じて、良好な切削性を維持し、砥粒を使い切るまで工具を使用できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、ドリルの溝内にダイヤモンド砥粒が多層に固着されているので、硬脆材料や難削材の穴明けでも切味良く行うことができる。
そして、最外層の砥粒が摩耗しても次の層の砥粒が自生するので、従来例のように砥粒の摩耗、或いは剥離により工具の摩耗が急速に進行してしまうことはない。そして、ダイヤモンド砥粒とドリル本体を含めて工具全体が作用面で自生作用を起こすので、良好な切味を維持しつつ、長寿命の穴明け工具を得ることが出来る。
ダイヤモンド砥粒層の外径をドリル外径と同じにした場合には、所定の径の穴を明けることができる。
また、金属結合材として活性ロー材を使用した場合には、溝の中へのダイヤモンド砥粒層の形成、固着が容易に行える。
複数の溝を備えたドリルを使用する場合、少なくとも１つの溝にはダイヤモンド砥粒層を固着しないことにより、この溝を通して切粉の排出を促進し、切削性能を高めることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本願発明の具体的な実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本願発明の具体的実施の形態に係る穴明け工具１に使用するドリル３を示す図で、（イ）は正面図、（ロ）は右側端面図である。このドリル３は、ボディ部５とシャンク部7とからなり、ボディ部５には、軸方向に螺旋状に伸びる2条のマージン9が形成され、それに対応してこれも軸方向にマージン９と同じ向きで螺旋状に伸びる2条の溝１１が形成されている。なお、ボディ部５の先端面１３は軸方向に直交する方向に広がる平らの面になっている。このドリル３の構成は公知であるので詳細な説明は省略する。なお、このドリルの材質に特に制限は無く、超硬合金、高速度鋼、炭素工具鋼、合金工具鋼などドリル用の公知の材質を使用できる。
【００１１】
なお、本実施の形態で説明するドリル３は例示的なものであり、本発明の穴明け工具１に使用できるドリルがこれに限定されるものではない。マージン及び溝の数、溝の形状は必要に応じて任意に変更可能である。また、ねじれ刃、直刃いずれの形でもよい。ボディの先端面の形状も平面タイプに限られず、尖頭型タイプでもよい。
【００１２】
図2は本実施の形態に係る穴明け工具を示す図で、（イ）は正面図、（ロ）は右側面図、（ハ）は（イ）のＡ−Ａ断面図である。これらの図中網点を付した部分はダイヤモンド砥粒層１５（以下、単に「砥粒層」という。）である。砥粒層１５は、ドリル3の溝１１に充填されて形成された溝部砥粒層１７と、ボディ部５の先端面１３上に形成された先端部砥粒層１９とで構成されている。しかし、先端部砥粒層１９を設けることは必須ではない。
【００１３】
ダイヤモンド砥粒は金属結合材、本実施の形態では活性ロー材を用いてドリル３に固着してある。即ち、ダイヤモンド砥粒と粉末状の活性ロー材との混合物をドリル３の溝１１に充填し、先端面１３上に所望の形状にして載せ、その状態で焼成することにより多層のダイヤモンド層１５を形成するとともにドリル３に固着してある。なお、金属結合材としては例えばメタルボンドなども使用可能であるが、活性ロー材を使用した場合、焼成する際にダイヤモンド砥粒と混合した状態で溝内に配置するだけで良く、格別圧力を掛けたりする必要が無いので、作業が容易で確実に溝内へ砥粒層を形成し、固着することができる。
【００１４】
溝部砥粒層１７は当然に溝１１の螺旋形状に倣って螺旋状に形成されるが、その際に溝１１をどの程度にまで埋める形とするかは任意であるが、本実施の形態では、その外径がドリル３の外径、すなわちマージン９の外径とほぼ等しくなっている。先端部砥粒層１９は、本実施の形態では、外径がドリル３の外径に等しく、丈の短い円盤状の基部２１と、その上の円錐台部２３とからなっている。基部２１、円錐台部２３の形状も必要に応じて変更可能である。
【００１５】
このように構成した穴明け工具１では、表面に現れているダイヤモンド砥粒が摩耗しても、次の層のダイヤモンド砥粒が自生して表面に現れるので、常に良好な切味が確保できる。また、先端部砥粒層１９が完全に摩耗すると、ドリル３の先端面１３が現れるが、そのまま使用して差し支えない。その場合、溝部砥粒層１７の先端部における砥粒が摩耗するにつれてドリル３の先端面１３も摩耗し、ドリル３の素材がそのまま残存することが無いので穴明け作業に支障は生じない。すなわち、最外層のダイヤモンド砥粒が摩耗して次の層の砥粒が自生するのに合わせて、ドリル先端面の最外層も摩耗して新しい面が現れ、ドリル先端面と最外層の砥粒とが常に同一平面を保つので、切削性能は維持される。このように溝部砥粒層１７と工具１の本体となるドリル３の両方の作用面で自生作用が生じ、それに連れて工具１の丈が次第に短くなるが、穴明け工具としての機能は維持される。したがって、軸方向の摩耗が進行して溝部砥粒層１７が無くなるまで使用でき、長寿命化が図れる。なお、ドリル３の摩耗がダイヤモンド砥粒と摩耗に合わせて確実に進行するようにするため、ドリル３の素材としては高速度鋼或いは工具鋼などを採用するのが望ましい。
【００１６】
本実施の形態では先端部砥粒層１９の基部２１の外径と溝部砥粒層１７の外径をドリルの外径と同じにしたので、所定の径の穴を明けることが出来る。なお、先端部砥粒層１９を設けることは必須ではなく、溝部砥粒層１７を設けるだけでもよい。その場合でもその溝部砥粒層１７の外径をドリル３の外径に等しくすれば、所望の径の穴を明けることが出来る。
【００１７】
上記の実施の形態では２条の溝１１を備えたドリルを使用し、そのいずれの溝１１にも砥粒層１５を固着するとして説明したが、一方の溝１１のみに砥粒層１５を設けるようにしてもよい。この場合、この砥粒層１５が固着されていない側の溝１１によって切粉の排出が促進され、切削性能が高まる。溝を３条以上設けた場合にも、全ての溝に砥粒層を固着するタイプと、少なくとも１の溝には固着しないタイプと、作業条件などに応じて適宜選択して形成することが可能である。
【００１８】
なお、砥粒層に必要に応じて骨材を混入することが出来る。その一例を図３を参照して説明する。すなわち図３は砥粒層２１の一部分を示す示す断面図である。砥粒層２１は、ダイヤモンド砥粒２３と骨材２５とが規則性無しに混在した形で位置し、それらがブリッジ状になった活性ロウ材２７により相互に結合されている。そしてこの砥粒層２１では、図示の通り、ダイヤモンド砥粒２３と骨材２５との間のスペースは活性ロウ材２７で完全に埋められてはおらず、空隙或いは気孔２９が形成されている。（但し、この空隙或いは気孔を設けることは必須ではない。）従って砥粒層２１の被加工物に作用する作用面でのダイヤモンド砥粒２３の露出度が高くなる。また、骨材２５を含めることにより、ダイヤモンド砥粒２３のみで形成した場合よりダイヤモンド砥粒２３間の間隔を広げることが出来、切味の向上を図れる。
【００１９】
また、この砥粒層２１では空隙２９が形成されるので比表面積が大きくなり、放熱性に優れる。そして冷却液が空隙内に入り込むことも期待できるので、その冷却効果は一層高まる。さらに、作用面にも空隙が現れることとなり、その空隙は切粉の逃げ場となり、目詰まりが防止できる。これにより良好な切味を維持することが出来る。
【００２０】
またこの砥粒層２１では、強固な構造体を維持する一方で、作用面で磨耗が進行して切削能力が低下したダイヤモンド砥粒２３を固定する固定力を弱め、自生作用を促進することができる。すなわちこの砥粒層２１では１個のダイヤモンド砥粒２３を数個の他のダイヤモンド砥粒２３或いは骨材２５が取り囲み、活性ロウ材２７で互いに結合されることとなり、結合力は高く、構造体としては強固である。そして、作用面に露出しているダイヤモンド砥粒２３が磨耗して来ると、それにつれて、その砥粒に結合してはいるが、作用面或いは被加工物の加工面から離れていた骨材２５が被加工物に近づき、被加工物に接触することにより破砕又は脱落してしまう。従って、この骨材２５と磨耗したダイヤモンド砥粒２３との結合が無くなり、磨耗したダイヤモンド砥粒２３を固定する力が弱くなり、このダイヤモンド砥粒２３が脱落しやすくなる。即ち、ダイヤモンド砥粒２３の自生作用がダイヤモンド砥粒２３のみで形成したものより起こりやすくなり、良好な切味を維持することができる。また、この作用面に現れた骨材２５が破砕又は脱落することにより、作用面での空隙が広げられ、目詰まり防止の効果が高められる。
【００２１】
骨材２５としては、各種のものが使用可能であるが、基本的に超砥粒より強度が低く、脆性が有って砕けやすいものが使用され、例えばＪＩＳ  Ｒ  ６１１１に規格されているＧＣ、Ｃ等の炭化珪素系或いはＷＡ、Ａ等のアルミナ系の砥粒、炭化硼素、酸化セリウムなどの砥粒、或いはセラミックス、ガラス、黒鉛、炭化タングステン、タングステン等の粒状物、粉末が使用可能である。
【００２２】
図４は、砥粒層の更に別の構成を示す図で、図３と同様の部分断面図である。図３の例では中実体の骨材が使用されていたのに対し、この実施の形態では中空体の骨材３５が使用されている。これにより、内部により多くの空所が形成される。そして作用面に現れて被加工物に接触することにより崩壊すると、直ちにその部分が空所となって外部に向かって開放されることとなり、作用面に大きな空隙を形成することが出来る。本実施の形態で使用できる中空体の骨材としては、例えば鈴木油脂工業株式会社から商品名「ゴッドボール（商標）」で販売されているシリカバルーンがある。なお、本実施の形態では中空体の骨材のみ使用したが、中実体の骨材と併せて使用しても良い。
【実施例１】
【００２３】
φ３の高速度鋼ドリルを本体として使用し、その溝に粒度♯６０／８０のダイヤモンド砥粒とＮｉ−Ｃｒ系活性ロー材との混合物を充填した。そして混合物を充填したドリルを真空炉中で加熱し、ダイヤモンド砥粒を固着して砥粒層を形成し、穴明け工具を製作した。ダイヤモンドの集中度は約１８０である。この工具と膜厚１０μｍのＣＶＤダイヤモンド被膜を施したコーティングドリルと、高速度鋼ドリルとでＭＭＣの穴明けを行った。結果は表１に示すように、本件発明に係る穴明け工具が各段に優れていることが判明した。なお、同表中で単に「ＣＶＤドリル」と記載してあるのは前述のＣＶＤダイヤモンド被膜コーティングドリルを指している。
【００２４】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係る穴明け工具に使用するドリルの図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る穴明け工具の図である。
【図３】砥粒層の他の例を示す図である。
【図４】砥粒層の更に他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１：穴明け工具    ３：ドリル    ９：マージン    １１：溝    １３：先端面
１５：ダイヤモンド砥粒層    １７：溝部砥粒層    １９：先端部砥粒層    
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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