(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の穴明け用工具は、先端部の中央に被加工物であるセラミック焼結体の研削屑が滞り、先端部の中央付近から超硬質砥粒が剥がれ、その結果加工中に工具が破損してしまうという問題、回転軸の中心に内孔があるため、内孔に接する被加工物の部位が加工できないという問題があった。【解決手段】先端部１８に砥粒を固定した柱状回転体１２であって、該柱状回転体の内部に前記先端部の先端面に開口した内孔２４と、前記柱状回転体の前記先端面に該先端面を平面視して先端面の回転中心を含んで一方向の外周縁部まで延出した凹部を有すること。【選択図】図１
2008207284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に砥粒を固定した柱状回転体であって、該柱状回転体の内部に前記先端部の先端面に開口した内孔と、前記柱状回転体の前記先端面に該先端面を平面視して先端面の回転中心を含んで一方向の外周縁部まで延出した凹部を有する穴明け用工具。
【請求項２】
前記先端面に対する凹部の最大深さが０．１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の穴明け用工具。
【請求項３】
前記内孔は前記凹部の内面に開口していることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の穴明け用工具。
【請求項４】
前記凹部はその内面が凹曲面を成すことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の穴明け用工具。
【請求項５】
前記凹部に連続して前記柱状回転体の側面に沿った切欠き溝を形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の穴明け用工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は穴明け用工具に関し、特にセラミックス焼結体に穴を明けるための穴明け用工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セラミックス焼結体のように硬くて脆い材料の穴明け加工は、柱状の基体の先端部に超硬質砥粒を固着した穴明け用工具を、基体の長手方向の回転軸を中心に回転させながら、穴明け用工具を被加工物に押し当てた状態で直行させて行われている。従来、公用されている穴明け用工具は、基体の先端部に、先端部を中心とする十字型の溝が設けられ、この十字型の溝の４つの端が先端部の周縁にそれぞれ延び、先端部の全体にダイヤモンドなどの超硬質砥粒を固着させた構造となっている。このように被加工物に対して直行しながら加工する穴明け用工具は、加工効率を向上させるため、先端部へ研削液を突出させるための内孔を有している。
【０００３】
例えば、特許文献１には、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、先端部５４に２つの凹部５６を設け、凹部５６に内孔６６を有し、先端部５４に砥粒５８を固定した穴明け用工具５０が記載されている。研削液は、貫通穴６４を通って内孔６６から噴出される。図４（ａ）は、先端部５４を平面視した平面図、（ｂ）は（ａ）の穴明け用工具の回転軸およびＣ−Ｃ’線を通る断面の断面図、（ｃ）は（ａ）の穴明け用工具の回転軸およびＤ−Ｄ’線を通る断面の断面図である。
【０００４】
また、特許文献２には、先端部の中心（基体の回転軸の中心）に、研削液を突出するための内孔を設けた穴明け用工具（不図示）が記載されている。
【０００５】
【非特許文献１】水戸工業株式会社カタログ  ＺＥＲＯ−Ｍ  ＤＲＩＬＬ
【特許文献１】特開２００４−３５８７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１の穴明け用工具は、先端部の中央に被加工物であるセラミック焼結体の研削屑が滞り、先端部の中央付近から超硬質砥粒が剥がれ、その結果加工中に工具が破損してしまうという問題があった。
【０００７】
特許文献２の穴明け用工具は、回転軸の回転中心に内孔があるため、内孔に接する被加工物の部位が加工できないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記に鑑みて本発明は、先端部に砥粒を固定した柱状回転体であって、該柱状回転体の内部に前記先端部の先端面に開口した内孔と、前記柱状回転体の前記先端面に該先端面を平面視して先端面の回転中心を含んで一方向の外周縁部まで延出した凹部を有するものである。
【０００９】
さらに、前記先端面に対する凹部の最大深さが０．１ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１０】
さらに、前記内孔は前記凹部の内面に開口していることを特徴とする。
【００１１】
さらに、前記凹部はその内面が凹曲面を成すことを特徴とする。
【００１２】
さらに、前記凹部に連続して前記柱状回転体の側面に沿った切欠き溝を形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
先端部に砥粒を固定した柱状回転体であって、該柱状回転体の内部に前記先端部の先端面に開口した内孔と、前記柱状回転体の前記先端面に該先端面を平面視して先端面の回転中心を含んで一方向の外周縁部まで延出した凹部を有することによって、穴明けされた被加工物の加工屑を凹部で集め、集めた加工屑を、内孔から噴出する研削液とともに先端面の回転中心側から外周縁部側へ、凹部内で一方向に効率よく移動させて、柱状回転体の側面へ排出することができる。その結果、加工屑と先端部の砥粒との摩擦が抑制されるため、長時間穴明け加工しても先端面の砥粒が柱状回転体から剥離しにくい穴明け用工具とすることができる。
【００１４】
さらに前記先端面に対する凹部の最大深さが０．１ｍｍ以上である穴明け用工具とすることによって、加工屑が凹部で特に効率よく集めされ、排出される。このため、加工屑と先端面の砥粒との摩擦がさらに抑制されるため、さらに長時間穴明け加工しても、先端面の砥粒が柱状回転体から剥離しにくい穴明け用工具とすることができる。
【００１５】
さらに前記内孔は前記凹部の内面に開口している穴明け用工具とすることによって、凹部で回収した加工屑が内孔から噴出される研削液によってすぐに流動化して、より短時間で加工屑が排出されるので、さらに長時間穴明け加工しても先端面の砥粒が柱状回転体から剥離しにくい穴明け用工具とすることができる。
【００１６】
さらに前記凹部は少なくともその内面が凹曲面を成す穴明け用工具とすることによって、凹部に集められた加工屑を凹曲面に沿って外周縁部側へ素早く移動させることができるので、柱状回転体から砥粒が特に剥離にくい構造の穴明け用工具とすることができる。
【００１７】
さらに前記凹部に連続して前記柱状回転体の側面に沿った切欠き溝を形成した穴明け用工具とすることによって、加工屑が研削液と共に排出される際の抵抗が小さくなるので加工屑が素早く排出されやすくなる。その結果、特に長時間穴明け加工しても砥粒が剥離しにくい穴明け用工具とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１９】
図１（ａ）は、本発明の穴明け用工具の先端部の先端面を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の穴明け用工具の回転軸を通り、かつＡ−Ａ’線に垂直な断面を示す断面図、（ｃ）は（ａ）の穴明け用工具の回転軸を通り、かつＢ−Ｂ’線に垂直な断面を示す断面図である。
【００２０】
図２（ａ）は本発明の穴明け用工具の他の実施形態を示す先端部の先端面の平面図、（ｂ）は（ａ）の穴明け用工具の先端部を柱状回転体の側面側から見た平面図である。
【００２１】
本発明の穴明け用工具１０は、
先端部１４に砥粒１８を固定した柱状回転体１２であって、該柱状回転体１２の内部に前記先端部１４の先端面に開口した内孔２６と、前記柱状回転体１２の前記先端面に該先端面を平面視して先端面の回転中心を含んで一方向の外周縁部Ｖまで延出した凹部１６を有するものである。これによって、穴明けされた被加工物の加工屑を凹部１６で集め、集めた加工屑を、内孔２６から噴出する研削液とともに先端面の回転中心Ｓ１側から外周縁部Ｖ側へ、凹部１６内で一方向に効率よく移動させて、柱状回転体１２の側面２８へ排出することができる。その結果、加工屑と先端部１４の砥粒１８との摩擦が抑制されるため、長時間穴明け加工しても先端面の砥粒１８が柱状回転体１２から剥離しにくい穴明け用工具１０とすることができる。
【００２２】
なお、回転中心を含んで複数方向の外周縁部Ｖまで延出した凹部を有するものであっても、全体として凹部が特定の方向に偏って向かっていれば、一方向であるとみなすことができ、本発明の範囲を逸脱するものではない。
【００２３】
また、回転中心Ｓ１を含んでいない凹部、または、外周縁部Ｖまで延出していない凹部が、別途先端面に設けられていたとしても、本発明の範囲を逸脱するものではない。
【００２４】
柱状回転体１２の材質は工具鋼とすることが好ましい。柱状回転体１２に形成されている貫通穴２４は、内孔２６へ研削液を供給するための流路である。
【００２５】
砥粒１８の材質は、ダイヤモンドまたはＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）のいずれかが選択される。砥粒１８は電着によりＮｉなどの結合材と共に柱状回転体１２の先端部１４に固着されている。
【００２６】
穴明け用工具１０は、柱状回転体１２の先端部１４の先端面に対する凹部１６の最大深さＨが０．１ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、加工屑が凹部１６で特に効率よく集められ、排出される。このため、加工屑と先端部１４の先端面の砥粒１８との摩擦がさらに抑制されるため、さらに長時間穴明け加工しても、先端部１４の先端面の砥粒１８が柱状回転体１２から剥離しにくい穴明け用工具とすることができる。
【００２７】
先端部１４の先端面を平面視したとき、凹部１６の端と回転中心Ｓ１との距離をＬとするとき、Ｌ／Ｄ１は０．１〜０．３であることが好ましい。これにより、回転中心Ｓ１付近から外周縁部Ｖ方向へ、凹部１６内で加工屑が移動されやすくなるので、砥粒１８が加工屑によって摩耗することがさらに抑制される。Ｌ／Ｄ１が０．１以上であれば、回転中心Ｓ１付近の砥粒が柱状回転体１２から剥がれずらくなり、Ｌ／Ｄ１が０．３以下であれば回転中心Ｓ１付近に加工屑が滞留しずらくなるので、砥粒１２が柱状回転体１２から剥がれることを低減できる。
【００２８】
図１および図２に示すように、内孔２６は凹部１６の内面に開口しているこが好ましい。
【００２９】
これによって、凹部１６で回収した加工屑が内孔２６から噴出される研削液によってすぐに流動化して、より短時間で加工屑が排出されるので、さらに長時間穴明け加工しても先端面の砥粒１８が柱状回転体１２から剥離しにくい穴明け用工具とすることができる。内孔２６が凹部１６に開口していれば、加工屑が凹部１６内で流動化するまでの時間が短くできるので、加工屑を短時間で排出することができる。
【００３０】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明のさらに他の実施形態を示す図であり、図３（ａ）は図１の柱状回転体に砥粒を固着させる前の柱状回転体の先端を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の柱状回転体の回転軸を通りＡ−Ａ’線に垂直な柱状回転体の断面を示す断面図、（ｃ）は（ａ）の柱状回転体の回転軸を通りＣ−Ｃ’線に垂直な柱状回転体断面を示す断面図である。図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、凹部１６は少なくともその内面が凹曲面Ｒ１を成す穴明け用工具とすることが好ましい。
【００３１】
これによって、凹部１６に集められた加工屑を凹曲面Ｒ１に沿って外周縁部Ｖ側へ素早く移動させることができるので、柱状回転体１２から砥粒１８が最も剥離にくい構造の穴明け用工具１０とすることができる。
【００３２】
凹部１６の内面に凹曲面Ｒ１を形成すると、先端面にある砥粒１８を形成した表面も凹曲面となる。
【００３３】
先端面と凹部１６との境界は、穴明け加工の際に、大きな機械的な応力がかかる部位であるため、この部位にかかる応力を緩和することは、砥粒が剥がれにくい穴明け用工具とするために望ましく、この目的のため、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、凹部１６の内面は、先端面と凹部１６の内面との境界が凸曲面Ｒ２を有することが好ましい。
【００３４】
これにより、加工の際に先端面と凹部の内面との境界に応力が集中することが抑制されるので、凹曲面Ｒ２に固定された砥粒１８が剥離しにくい穴明け用工具１０とすることができる。
【００３５】
なお、凹部１６は先端面の外周縁部Ｖの３〜２０％を占めることが好ましい。これにより、十分多い量の加工屑を凹部１６に十分に集めることができるだけでなく、加工屑を素早く排出することができるので、長時間穴明け加工しても砥粒１８が剥離しにくい穴明け用工具１０とすることができる。凹部１６が先端面の外周縁部Ｖの３％以上であれば、加工屑が凹部１６内に滞留しずらく、長時間穴明け加工することによる砥粒１８の剥がれが低減される。凹部１６が先端面の外周縁部Ｖの２０％以内であれば、凹部１６以外に固定されている砥粒に応力が集中することがないので、長時間穴明け加工することによる砥粒１８の剥がれが低減される。
【００３６】
凹部１６が先端面の外周縁部Ｖの３〜２０％の割合を占めることは、図２（ａ）のように回転中心Ｓ１と、凹部１６に対応する外周縁部Ｖの両端とを通る２つの直線を引き、これら２つの直線がなす角度α（°）を求め、（α／３６０°）×１００が３〜２０％であることを意味する。なお、凹部１６に対応する外周縁部Ｖの両端のいずれかに、後述する切欠き溝２２がある場合は、切欠き溝２２と凹部１６とが交わる点から回転中心Ｓ１までの直線を引いて、この割合を求める。
【００３７】
穴明け用工具１０は、凹部１６に連続して柱状回転体１２の側面２８に沿った切欠き溝２２を形成したものとすることによって、加工屑が研削液と共に排出される際の抵抗が小さくなるので加工屑が素早く排出されやすくなる。その結果、特に長時間穴明け加工しても砥粒１８が剥離しにくい穴明け用工具１０とすることができる。
【００３８】
なお、切欠き溝２２は凹部１６に対して偏った位置に存在することが好ましい。具体的には、図２に示すように、凹部１６が外周縁部Ｖと交わる端に、切欠き溝２２の少なくとも一部が重なっている状態をいう。切欠き溝２２をこのように偏った位置に形成することにより、加工屑を特に素早く排出することができる。
【実施例】
【００３９】
次のようにして穴明け用工具を作製した。下記に示した以外の作製条件と結果を表１に示す。
【表１】
2008207284.tif 000003
【００４０】
柱状回転体１２としては、材質は工具鋼とした。サイズは外径５ｍｍ、長さ７０ｍｍとした。
【００４１】
砥粒１８としては、柱状回転体の先端面と、先端面側から５．５ｍｍまでの範囲にある側面とに、ＪＩＳＢ４１３０（１９８２年）で規定された粒度＃１２０のダイヤモンド砥粒を電着して固定した。電着の方法は、Ｎｉメッキ液に＃１２０のダイヤモンド砥粒を入れ、柱状回転体１２の先端部１４をこのメッキ液に浸漬させた状態で、柱状回転体１２にＮｉメッキをかけると同時に、柱状回転体１２に形成されたＮｉメッキ内にダイヤモンド砥粒を砥粒１８として固着させる方法とした。
【００４２】
被加工物としては、厚み１２ｍｍの純度９９．５％アルミナ質焼結体を使用した。
【００４３】
穴明け加工機としては、グラインディングセンタ（以下ＧＣ）を使用した。
【００４４】
加工条件としては、被加工物に対して、穴明け用工具１０の長手方向を直行させて穴明け加工した。穴明け用工具１０の回転数は１分間に５０００回転、穴明け用工具１０の送り速度は３０ｍｍ／分とした。加工する穴の深さは１０ｍｍとし、穴明け用工具１０が破損する１つ前までの加工穴数を加工可能な穴数とした。穴明け加工中は内孔２６から研削液（錆止め剤と界面活性剤を添加した水）を圧力３−５ＭＰａで噴出させた。
【００４５】
本発明の穴明け用工具１０（試料Ｎｏ．１−１５）を使用して穴明け加工すると、加工可能な穴数は１６１２−２２００個となり、多数の穴明け加工が可能であった。特に、試料Ｎｏ．９−１５は加工可能な穴数が１９０７−２２００個となり、特に優れていた。
【００４６】
最大深さＨが０．１ｍｍ以上の試料（例：Ｎｏ．９，１１）は加工可能な穴数がそれぞれ１４２３個、１６４１個、最大深さＨが０．１ｍｍ未満の試料（Ｎｏ．１，２）は加工可能な穴数がそれぞれ１１７２個、１１６５個であった。
【００４７】
内孔が凹部の内面に開口している試料Ｎｏ．８は加工可能な穴数が１１９９個、内孔が凹部の内面に開口していない試料Ｎｏ．３は加工可能な穴数が１０４７であった。
【００４８】
凹部の内面が凹曲面を成している試料Ｎｏ．１３は加工可能な穴数が１６４７個、凹曲面を成していない試料Ｎｏ．６は加工可能な穴数が１１６９個であった。
【００４９】
切欠き溝を有する試料Ｎｏ．１３は加工可能な穴数が１６４７個、切欠き溝を有していない試料Ｎｏ．７は加工可能な穴数が１１９２個であった。
【００５０】
次に比較例として本発明の範囲外の穴明け用工具を、次に示す以外は実施例と同様にして作製し、実施例と同様に評価した。
【００５１】
試料Ｎｏ．１６は図４に示した穴明け用工具である。試料Ｎｏ．１７は図５に示した穴明け用工具であり、凹部５６の深さは０．３ｍｍ、幅は１．５ｍｍとした。試料Ｎｏ．１８は試料Ｎｏ．１０で内孔を設けていない穴明け用工具とした。
【００５２】
比較例である試料Ｎｏ．１６，１７，１８は、加工可能な穴数がそれぞれ１３００個、１３４７個、２０個となり、本発明の穴明け用工具を使用した場合と比較して、加工可能な穴数が少ないことがわかる。
【００５３】
一方、本発明の穴明け用工具は、凹部１６の最大深さについては特に料Ｎｏ．１，２，９，１１から０．１ｍｍ以上であることが好ましく、内孔２６の位置については特に試料Ｎｏ．３，６から凹部内面にあることが好ましく、凹部１６の曲面の有無については特に試料Ｎｏ．６，１３から曲面ありが好ましいとわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】（ａ）は、本発明の穴明け用工具の先端部の先端面を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の穴明け用工具の回転軸を通り、かつＡ−Ａ’線に垂直な断面を示す断面図、（ｃ）は（ａ）の穴明け用工具の回転軸を通り、かつのＢ−Ｂ’線に垂直な断面を示す断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の穴明け用工具の他の実施形態を示す先端部の先端面の平面図、（ｂ）は（ａ）の穴明け用工具の先端部を柱状回転体の側面側から見た平面図である。
【図３】（ａ）は図１の穴明け用工具１０に砥粒を固着させる前の柱状回転体の先端を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の穴明け用工具１０の回転軸を通りＡ−Ａ’線に垂直な柱状回転体の断面を示す断面図、（ｃ）は（ａ）の穴明け用工具の回転軸を通りＣ−Ｃ’線に垂直な柱状回転体断面を示す断面図である。
【図４】（ａ）は従来の穴明け用工具の先端部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の穴明け用工具の回転軸およびＣ−Ｃ’線を通る断面の断面図、（ｃ）は（ａ）の穴明け用工具の回転軸およびＤ−Ｄ’線を通る断面の断面図である。
【図５】（ａ）は従来の他の穴明け用工具の先端部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の穴明け用工具の回転軸およびＥ−Ｅ’線を通る断面の断面図、（ｃ）は（ａ）の穴明け用工具の回転軸およびＦ−Ｆ’線を通る断面の断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０，５０：穴明け用工具
１２，５２：柱状回転体
１４，５４：先端部
１６，５６：凹部
１８，５８：砥粒
２２，６２：切欠き溝
２４，６４：貫通穴
２６，６６：内孔
２８：側面
Ｒ１：凹曲面
Ｒ２：凸曲面
Ｓ１：回転中心
Ｖ：外周縁部
【図１】
2008207284.tif 000004
【図２】
2008207284.tif 000005
【図３】
2008207284.tif 000006
【図４】
2008207284.tif 000007
【図５】
2008207284.tif 000008