(57)【要約】【課題】  水等による冷却機構を有する回転研削用工具の耐久性及び研削効率を向上する。【解決手段】  研削材底面２０３と接触する接触面２０１には、研削用工具２００、研削材底面２０３、及び研削材側面２０４を冷却する目的で、液状物質を通すための供給孔２０５を通して噴出する液状物質または研削屑を排出する目的の孔、溝、及び段差等の変形はなく、噴出する液状物質または研削屑は、研削材底面２０３の砥粒隙間から流出し、さらに、研削が進んだときは、研削によって生じる研削材側面２０４と研削用工具２００との隙間を通って外に排出される。すなわち、接触面２０１は、供給孔２０５の全外周において研削材底面２０３と接触する連続した面である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回転され工具本体の軸端部が被研削材と砥粒を固着された接触面で接触することにより被研削材を研削する研削用工具であって、
前記接触面は、液状物質および気体状物質のいずれかを供給する供給孔が設けられ、
前記接触面は、前記供給孔の全外周において前記被研削材と接触する連続した面であることを特徴とする研削用工具。
【請求項２】
前記接触面は、前記供給孔と連通しない凹部を有することを特徴とする請求項１に記載の研削用工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却のための液状物質または気体状物質を供給するための供給孔を備えた研削のための工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の「ドリル」における図１０「従来のダイヤモンドドリルの平面図」、及び図１１「従来のダイヤモンドドリルの正面図」にある通り、単純な構造では、研削部分が発熱し、これにより支障が生じることは公知であり、該考案では、形状を変えることにより対応しようとしている。
【０００３】
他方、水冷、空冷などの冷却方式が採用されている。例えば、ドリル、ミル等の研削用工具と被研削材との接触部分に液状物質を通し、発熱部分を冷却する方式や、研削用工具自体に液状物質や気体状物質を通すことにより研削用工具を冷却する方式等、公然実施例は数多く見られる。また、流れ出る冷却用の液状物質により研削部分が確認できなくなる、あるいは液状物質や気体状物質が接触部分に噴射されることにより研削屑が飛散するといった課題を解決するために提案された特許文献２、同３等の公知例、または公然実施例は、数多く見られる。
【特許文献１】実開昭５６−１２１５７０号公報
【特許文献２】特開２００１−２５９１５号公報
【特許文献３】特表平１１−５０８８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの先行技術すべてに共通することは、研削用工具における被研削物との接触面、即ち研削面に加工を施し、溝、孔、または段差等を設け、これ故に発熱対策をするために研削用工具の被研削物との接触面に変形を加えることにより、該研削用工具の研削効率、及び寿命を低下させていることである。
【０００５】
図９（ａ）〜（ｆ）は形状の異なる研削用工具の冷却材の流れを示す図である。図９（ａ）〜（ｄ）に示すように、研削用工具９００の液状物質を通す供給孔９０５が設けられた接触面（研削面）９０１に、液状物質または気体状物質を流出させる溝、孔等の段差９０６を設けると、液状物質の流れる方向９０８のように、液状物質及び気体状物質は、流れやすい方向に流れることは自明であり、逆に言えば、それ以外のところに、冷却材である液状物質または気体状物質は流れにくくなる。
【０００６】
従前の公開公報に開示の技術は、流量を増すことにより、接触部分の冷却を試みてきたが、水は流れやすいところを流れるという単純な論理を無視して、冷却材を研削面全体に流れやすくしようとし、工夫を重ねてきた。
【０００７】
図１（ａ）（ｂ）は、それぞれ従来の研削用工具の底面図および側面図である。図１（ａ）を軸線回りに９０°回転させたものが図１（ｂ）に示される。図１（ａ）（ｂ）において、研削用工具１００に冷却のための物質を供給する供給孔１０５が備えられ、液状物質または研削屑を研削材底面１０３から逃すために、段差１０６が設けられているとき、研削材底面１０３を研削するのは、工具の接触面１０１であり、研削材側面１０４を研削するのは、工具の接触側面１０２である。
【０００８】
接触面１０１は、全体面から段差１０６の面積を引いた部分であり、段差１０６は、研削作用には、まったく貢献することない。また、段差１０６が設けられているために研削材底面１０３に均等に接触しないために、接触、非接触を交互に繰り返す部分が生じる。また、接触側面１０２は、全体面から段差１０６の面積を引いた部分であり、段差１０６は、研削作用には、まったく貢献することない。また、段差１０６が設けられているために研削材側面１０４に均等に接触するのではなく、接触、非接触を交互に繰り返す部分が生じる。
【０００９】
図１において、冷却機構を考慮しなければ、接触面が減ることは、研削量が減ることであり、工具寿命が減ることでもある。
【００１０】
根本からこの問題解決に取り組むと、始めに工作機械ありきで、工作機械に研削用工具を合わせ、該工作機械および工具に冷却のための液状物質を用いた場合には、供給孔から噴出させた液状物質が飛散し、または、冷却のため気体状物質を用いた場合には、噴出させた気体状物質により研削屑が飛散し、研削作業に支障をきたす。また、液状物質が噴出することで、研削部分が目視できなくなり、位置の確認、または進行状況の確認等ができなくなる。
【００１１】
ここで、従来技術では、液状物質または研削屑の飛散を防ぐため、研削面に加工を施し、溝、孔、または段差等を設けてきた。しかし、従来技術では、このように研削面の形状を変形させるために、研削用工具の研削効率、及び寿命を低下させる。
【００１２】
本発明は、斯かる実情に鑑み、寿命および研削効率の高い研削用工具を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、軸線回りに回転され工具本体の軸端部が被研削材と砥粒を固着された接触面で接触することにより被研削材を研削する研削用工具であって、接触面は、液状物質および気体状物質のいずれかを供給する供給孔が設けられ、接触面は、供給孔の全外周において被研削材と接触する連続した面であることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、被研削材との接触面に液状物質、気体状物質、および研削屑を排出するための孔、溝、段差等の変形を加えていないため、研削用工具の寿命は長くなり、研削効率も向上したものとなる。なお、本明細書において供給孔の「全外周」とは、接触面に開口した供給孔について、供給孔と接触面との境界部分の全てを意味する。したがって、接触面が、「供給孔の全外周において被研削材と接触する連続した面」であるとは、供給孔の外周の接触面が全て被研削材と接触し、接触面に供給孔と連通する孔、溝、段差等が設けられていないことを意味する。
【００１５】
この場合、接触面は、供給孔と連通しない凹部を有するものとすることができる。この構成によれば、凹部は供給孔と連通していないため、冷却用の液状物質等が凹部にのみ偏って流れることがない。このため凹部を設けても冷却効果がそれほど低下しないので、研削用工具の寿命を長くすることができる。さらに、研削用工具の用途に応じて凹部を設けることにより、研削効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による研削用工具によれば、研削用工具の寿命と研削効率を向上させることができる。また、研削用工具の寿命を容易に判断することができ、均等な研削面を得ることができる。さらに単純な構造のため製造される研削用工具の個体差がなくなり研削用工具の安定性が向上する。加えて研削用工具の強度も向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。なお、本明細書においては、図面中で下２桁が同一の符号を付した構成要素は、同一または類似の性質を有する構成要素である。
【００１８】
なお、具体的に本発明の実施の形態について説明する前に、本発明の思想的背景について説明する。前述したように、従来の研削用工具では、被研削材との接触面に、孔、溝、段差等の変形が加えられているため、研削効率が低く、工具の寿命が短いことが問題であった。
【００１９】
そこで本発明では、前記課題を解決するために、研削面（接触面）において、冷却物質を被研削材との接触面に染み渡ることを優先させる。
【００２０】
工作機械に研削用工具を合わせるのではなく、研削用工具に工作機械を合わせるという前提の下に、液状物質が飛散しても構わない構造の研削用工具を設計し、工作機械、または工作作業者において、液状物質、または研削屑の飛散に対応するという条件の中で、工具の研削効率、及び寿命の向上を実現する。
【００２１】
研削において、位置決め時点では発熱しないので、この時点では冷却の必要はなく、また、研削動作が開始して、暫時時間経過後発熱するため、この経過時間中も冷却の必要はない。即ち、位置決めと作業開始直後の確認時点は、冷却は必要とされない。
【００２２】
また、工作具に合わせて、位置決めが安定した工作機械であれば、研削部分の確認の必要性もないし、熟練した作業者は、位置決めを目視に頼ることはなく、位置決め時点、または、研削動作開始後に冷却のための液状物質により位置が目視確認できなくても支障がない。このような条件の中で、研削用工具の研削効率及び寿命の向上を実現する。
【００２３】
接触面における冷却材の排出については、研削が少しでも行われれば、研削によって生じる溝、孔、段差、または隙間が生じ、この部分が、液状物質の排出部となりえる。
【００２４】
即ち、工具に排出部を設けなくても、研削によって、排出部を創出できる。供給される液状物質の量と排出される液状物質の量により、供給過剰とならない条件の中で、工具の研削効率、及び寿命の向上を実現する。
【００２５】
一方、従来技術のように、冷却物質を逃がしやすいように溝、孔、または段差を設けることは、冷却物質が優先して、溝、孔、または段差を流れることになり、即ち、溝、孔、または段差から離れている部分は、冷却効果が低くなることは自明である。
【００２６】
したがって、接触面全体で均等に近い冷却効果を得るには、冷却物質を逃がすための溝、孔、または段差を設けないことが解決手段の一つである。
【００２７】
図２は、本発明の第１実施形態に係る研削用工具の底面図および側面図である。図２において、研削材底面２０３と接触する接触面２０１には、研削用工具２００、研削材底面２０３、及び研削材側面２０４を冷却する目的で、液状物質を通すための供給孔２０５が設けられている。接触面２０１には、液状物質、または研削屑を排出する目的の孔、溝、及び段差等の変形はなく、噴出する液状物質、または研削屑は、研削材底面２０３の砥粒隙間から流出し、さらに、研削が進んだときは、研削によって生じる研削材側面２０４と研削側面２０２との隙間を通って外に排出される。すなわち、接触面２０１は、供給孔２０５の全外周において研削材底面２０３と接触する連続した面である。このような研削用工具は、超硬合金や高速度鋼などを材質とし、従来の加工法により所定形状に加工した後、ダイヤモンド等からなる砥粒を接触面や接触側面に固着することにより製造することができる。
【００２８】
図３は、本発明の第２実施形態に係る研削用工具の底面図および側面図である。本実施形態に係る研削用工具３００では、接触面３０１および接触側面３０２は、供給孔３０５と連通しない凹部を有する。すなわち、図３においては、液状物質を排出する目的ではない段差３０６を設けているが、該段差３０６は、研削効率を向上させることが目的であり、本特許の目的とする点では共通である。本実施形態では、供給孔３０５につながる孔、溝、及び段差等が設けられていないため、液状物質は接触面３０１および接触側面３０２をほぼ均等に流れる。そのため、冷却効果は段差３０６が設けられていても、比較的大きなものとすることができる。
【００２９】
本発明においては、少なくとも、以下の６の効果を有することが確認されている。
【００３０】
１．寿命の延長
同一口径の図１の研削用工具１００と、図２の研削用工具２００において、研削用工具１００の接触面１０１に比べて、研削用工具２００の接触面２０１は大きい。
【００３１】
即ち、研削面積が大きく、単位面積あたりの寿命は同一であるとき、研削用工具１００に比べ、研削用工具２００の寿命は長くなる。
【００３２】
発熱部分の冷却は、寿命に大きな影響を及ぼすことは公知であり、多くの研削のための工作機械が広く冷却機構を備えているが、図９（ａ）〜（ｄ）で自明のように、冷却のための液状物質は、該液状物質を排出するための孔、溝等の段差９０６を設けると、液状物質の流れる方向９０８のように、物理的に抵抗が少ない方向に流れ、接触面９０１の全面に直接の冷却効果がもたらされなくなる。
【００３３】
然るに、本発明では、液状物質を排出するための溝、孔、及び段差を設けないために、図９（ｅ）（ｆ）に示すように、液状物質の流れる方向９０８が接触面９０１上のあらゆる方向であるため、均等に接触面９０１の全面に、冷却のための液状物質が行き渡り、従って、寿命も必然の結果として延びる。
【００３４】
２．研削効率の向上
同時に図１の研削用工具１００、及び図２の研削用工具２００を回転させて研削するときに、単一時間で研削する面積もまた、研削用工具１００に比べ、研削用工具２００の面積が広くなる。
【００３５】
即ち、単位時間で研削できる量も大きいのであり、この点だけに限定すれば、研削効率が大きくなる。
【００３６】
３．寿命の容易な判断
段差１０６を備える図１の研削用工具１００は、寿命が近づいても、研削材底面１０３に変化はほとんど見られず、いきなりクラッシュすることにより、寿命が判断される。
【００３７】
ところが、段差を備えない図２の研削用工具２００は、寿命が近づくと、図６に示すように、研削材底面６０３に削り残し６０７が目視確認できるようになる。
【００３８】
この削り残しを防ぐために、従来の研削用工具では、図１に見られる段差等の変形が加えられるのであるが、実際の装置では、研削用工具がいきなりクラッシュすると、被研削物が廃棄物となり、工作機械のメンテナンス時間、費用も大きくなる。
【００３９】
一方、本発明では、この削り残しを利用することにより、研削用工具の寿命判断を容易にする。本発明における発想の転換は、この寿命判断でも見られる。
【００４０】
図６の削り残しは、交換した新しい図２の研削用工具２００によって、継続して削り取ることが可能であり、クラッシュを起こすことなく、作業が継続できるのである。
【００４１】
以下の加工条件において、１５０孔から２００孔を加工すると、図７における研削材底面７０３に削り残し７０７が見られる。
被研削材料      アルミナセラミックス９９．５％
研削孔径        ５ｍｍ
回転数          ６０００ｒｐｍ
送り速度        ５０ｍｍ／ｍｉｎ
クーラント圧    ４０ｋｇ／ｃｍ２
【００４２】
条件によって、削り残し発生状況は異なるが、従前の概念においては、不要物とされてきた削り残しを必要物とし、工具の寿命判断に利用することで、段取り時間の所要時間が減少する。
【００４３】
４．均等な研削
図１の研削用工具１００に見られる段差１０６等は、平面部分からの研削効率向上に貢献するものの、弊害がある。すなわち、図１において、接触面１０１及び接触側面１０２は、非接触部分である段差１０６との境界に角が備わり、研削材底面１０３および研削材側面１０４に均等に作用することができなくなるため、研削材底面１０３および研削材側面１０４の表面に微妙な段差が生じる。図４は、研削材側面の様子を示した拡大図である。図４に示すように、段差４０６を有する研削用工具４００により研削された研削材側面４０４は、研削材側面４０４全体の平均粗さに比べて、粗さが大きい、削り残し４０７が見られる。これは、図５に示すような、逃げ溝５０９を有する研削用工具５００を用いた場合にも見られる。
【００４４】
μｍ単位や、ｎｍ単位での精度を求められる精密部品製造では、算術平均粗さ（Ｒａ）値には、影響が少ないが、図２の研削用工具２００は、図１の研削用工具１００に比べると、最大粗さ（Ｒｙ）値においては、小さい値が得られる。
【００４５】
図３の研削用工具３００に見られる段差３０６は、供給孔３０５に連通していないため、研削の均等さをそれほど損なわない。また、液状物質を排出することを目的としないので、研削目的に応じて、図２の研削用工具２００の改善工具として、液状物質排出に拘束されることなく、設計できる。
【００４６】
５．単純構造による安定性の向上
図５に示すように、研削用工具に段差、逃げ溝等を加えることで、研削面は複雑化するが、同時に、研削用工具の個体差を生むことになる。
【００４７】
即ち、本発明を実施した図２にあるシンプルな形状がもっとも個体差が少なく、研削効率の良い状態で安定する。
【００４８】
図８は、種々のタイプの研削用工具を示したもので、図８（ａ）〜（ｊ）は従来の研削用工具を示し、図８（ｋ），（ｌ）は本発明の研削用工具を示す。図１２は、図８における１２のタイプの研削用工具で、液状物質または気体状物質を通すための供給孔径、及び供給孔数、あるいは、液状物質、または気体状物質を逃がすための段差の形状、及び逃げ溝による工具あたりの研削最大件数を比較したものである。即ち、図１２は寿命テストの結果を示す。なお、図１２中で、「Ｘ」、「Ｙ」は、メーカーが異なる粒度＃６０／７０ダイヤモンド砥粒である。
【００４９】
図１２に示すように、図８（ａ）〜（ｊ）に示す従来の研削用工具については、形状によっては、すぐれた寿命を示す研削用工具があるが、逃げ溝、段差により、個体差が生じ、安定性が見られないことが判る。
【００５０】
一方、図８（ｋ），（ｌ）に示す本発明にしたがう研削用工具については、段差の有無に関わらず、寿命が高い値で安定することが見て取れる。
【００５１】
６．研削量の向上
本実施形態では、被研削面と該研削用工具との接触面積が大きくなり、全体として研削量が大きくなる。研削量を増やすことについては、前述の特許文献では、課題として触れられているものもあるが、接触面積を大きくすることにより研削量を増やすことについては、大きな接触面積の研削用工具における単位面積あたりの研削効率が比較的低いことを考えると、接触面積自体は、研削量を増やすために有意な要素とは言えないと考えられ、けだし、研削部分に変形を加えて接触面を小さくする発明が多数特許出願されてきた。
【００５２】
従来技術を維持し、接触面に変形を加えた場合、接触面積の単位面積当たりの研削量は増えるが、接触面積が小さくなるため、全体としての研削量は少なくなる。一方、本発明の場合、接触面積が大きいので、研削量全体の向上に貢献する。
【００５３】
図１及び図５においては、研削部より径が小さいシャンク部、及び被研削材との接触面が平面である研削部より構成されるが、本発明においては、該構成は必然ではない。図１０は、本発明の第３実施形態に係る研削用工具を示す図である。図１０に示す研削用工具１０００は、従来の研削用工具と同様に冷却用の液状物質を噴出させる供給孔１００５、シャンク部１０１１を有する。しかし、図１０に示す研削用工具１０００は、被研削材との接触面１００１が、異なる形状を有し、接触面１００１、即ち研削面が曲面を有する。これにより、被研削材との接触面積が大きいので研削用全体を向上させることができる。
【００５４】
図１１は、本発明の第４実施形態に係る研削用工具を示す図である。図１１も、本発明を用いた研削用工具であり、研削用工具１１００は、冷却用の液状物質を噴出させる供給孔１１０５と接触面１１０１を有しているが、研削部より径が小さいシャンク部を有しない形状である。
【００５５】
尚、本発明の研削用工具は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】（ａ）（ｂ）は、それぞれ従来の研削用工具の底面図および側面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る研削用工具の底面図および側面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る研削用工具の底面図および側面図である。
【図４】研削材側面の様子を示した拡大図である。
【図５】逃げ溝と段差のある研削用工具の底面図および側面図である。
【図６】削り残しの断面を示す図である。
【図７】削り残しの断面を示す斜視図である。
【図８】（ａ）〜（ｊ）は従来技術に係る研削用工具の底面図を示し、（ｋ）（ｌ）は本発明に係る研削用工具の底面図を示す。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は従来技術に係る研削用工具の冷却材の流れを示す図であり、（ｅ）（ｆ）は本発明に係る研削用工具の冷却材の流れを示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る研削用工具を示す図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る研削用工具を示す図である。
【図１２】形状、砥粒、供給孔径、供給孔数の違いによる寿命テストの結果を示す。
【符号の説明】
【００５７】
１００…研削用工具、１０１…接触面、１０２…接触側面、１０３…研削材底面、１０４…研削材側面、１０５…供給孔、１０６…段差、２００…研削用工具、２０１…接触面、２０２…接触側面、２０３…研削材底面、２０４…研削材側面、２０５…供給孔、３００…研削用工具、３０１…接触面、３０２…接触側面、３０３…研削材底面、３０４…研削材側面、３０５…供給孔、３０６…段差、４００…研削用工具、４０１…接触面、４０３…研削材底面、４０４…研削材側面、４０５…供給孔、４０６…段差、４０７…削り残し、５００…研削用工具、５０１…接触面、５０２…接触側面、５０３…研削材底面、５０４…研削材側面、５０５…供給孔、５０６…段差、５０９…逃げ溝、６０３…研削材底面、６０７…削り残し、７０３…研削材底面、７０７…削り残し、８００…研削用工具、８０５…供給孔、８０６…段差、８０９…逃げ溝、９００…研削用工具、９０１…接触面、９０５…供給孔、９０６…段差、９０８…液状物質の流れる方向、１０００…研削用工具、１００１…接触面、１００５…供給孔、１０１１…シャンク部、１１００…研削用工具、１１０１…接触面、１１０５…供給孔。
【図１】
2006055953.tif 000003
【図２】
2006055953.tif 000004
【図３】
2006055953.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006055953.tif 000009
【図８】
2006055953.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006055953.tif 000013
【図１２】
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