(57)【要約】【課題】ドリル先端部の各領域において研磨砥粒の磨耗進行速度を均等化し、先端部の平坦化を防止することで、孔加工面における微小クラックの発生を抑制し、良好な孔加工面を得ること。【解決手段】基端側の円柱部２ａと、円柱部２ａの先端側に連なる凸曲部２ｂとを有する切削部２を備え、切削部２の外表面に結合剤Ｂによって研磨砥粒Ｋが固着された砥粒結合部Ｄを有すると共に、脆性材に孔開け加工を施す孔加工用ドリル１であって、切削部２に、ドリル１の軸方向に沿う切欠き溝Ｃが形成されると共に、凸曲部２ｂにおける基端側の端部２ｃの軸直角断面において、ドリル１の回転中心から一定の距離で前記切欠き溝Ｃを覆う仮想円弧ＩＡの長さが、砥粒結合部Ｄの外表面を形成する実円弧Ｓの長さよりも長くなるように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基端側の円柱部と、該円柱部の先端側に連なる凸曲部とを有する切削部を備え、該切削部の外表面に結合剤によって研磨砥粒が固着された砥粒結合部を有すると共に、脆性材に孔開け加工を施す孔加工用ドリルであって、
前記切削部に、ドリルの軸方向に沿う切欠き溝が形成されると共に、前記凸曲部における基端側の端部の軸直角断面において、ドリルの回転中心から一定の距離で前記切欠き溝を覆う仮想円弧の長さが、前記砥粒結合部の外表面を形成する実円弧の長さよりも長いことを特徴とする孔加工用ドリル。
【請求項２】
前記仮想円弧の長さは、該仮想円弧と前記実円弧とで形成される円全周の長さの８０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の孔加工用ドリル。
【請求項３】
前記切欠き溝は、前記回転中心の周りに回転対称に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の孔加工用ドリル。
【請求項４】
前記脆性材はガラス板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の孔加工用ドリル。
【請求項５】
前記研磨砥粒は、ダイヤモンド砥粒であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の孔加工用ドリル。
【請求項６】
前記結合剤は、メタルボンドであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の孔加工用ドリル。
【請求項７】
請求項１に記載の孔加工用ドリルを用いた脆性材の孔加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、孔加工用ドリル及び孔加工方法に係り、詳しくは、切削部に切り欠き溝が形成された孔加工用ドリル及びこれを用いた加工方法の改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、プラズマディスプレイパネルは、透明電極を形成した前面ガラス基板と、電極、リブ、蛍光体などを形成した背面ガラス基板とを備えている。この種のパネルは、両ガラス基板に挟まれた空間にＸｅやＡｒなどのガスを封入し、電圧を印加することでプラズマ放電を励起させ、発生した紫外線で背面ガラス基板に形成した蛍光体を発光させることにより画像を表示している。
【０００３】
上記の前面ガラス基板と背面ガラス基板とに挟まれた空間にガスを封入するに際して、背面ガラス基板の角部や周縁部には、小径の貫通孔を設ける必要がある。このような貫通孔の加工には、メタルボンド、ビトリファイボンド等の結合剤によりダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒等の研磨砥粒を表面に固着させたドリルが使用されている。
【０００４】
ところで、上記のようなドリルを使用してガラス基板に孔加工を施す際に問題となるのが、孔加工面に発生する微小クラックである。上述のようなガラス基板には、孔加工工程の後工程となる電極形成工程において、焼成等の熱処理を施す必要があり、この熱処理工程時に微小クラックが基点となってガラス基板が破損する事態を招来していた。
【０００５】
このような微小クラックは、孔加工に用いるドリルの径が小さい場合に、ドリルの先端部に対する切削液の供給が不十分になり、孔加工面の冷却が不足することに起因して生じ得る。また、ガラス基板に代表されるガラス製品のみならず、セラミック製品等の他の脆性材に対して孔加工を施す場合にも、同様の問題を招いているのが実情である。
【０００６】
上記のような問題に対処するため、下記の特許文献１には、ドリルの外周面に、互いにその大きさが異なる複数の切欠部を設けた構成が開示されている。そして、同文献には、ワーク（脆性材）を切削する際に、各切欠部に発生する接触抵抗の大きさに差異を生じさせることにより、ドリルに強制的な振れを与え、振れによって生じるドリルとワークとの隙間から、切削液をドリルの先端部へと供給し、孔加工面を冷却することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２９１１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に開示された技術によっても、未だ下記に示すような実用上の不具合があった。すなわち、同文献に開示されたドリルは、その表面に結合剤によって研磨砥粒が固着された砥粒結合部を有しているが、ドリルがワークを切削する際に、ドリルの先端部の内、基端側の領域と先端側の領域との間で、この砥粒結合部の磨耗量が異なるという不具合があった。このため、連続的に複数の脆性材に孔加工を施すような場合に、加工の進行に伴って先端部の輪郭形状が初期の形状から次第に変形してしまうという問題があった。
【０００９】
また、このような問題は、上記特許文献１に開示されたドリルのみではなく、従来から脆性材の孔加工に用いられてきた他のドリルにおいても同様に発生しているものである。その一例を添付の図面に基づいて説明する。
【００１０】
図４（ａ）、（ｂ）は、脆性材の孔加工に使用されているドリルの一般的な構成を示すものである。このドリル１００は、基端側の円柱部２００ａと、該円柱部２００ａの先端側に連なる凸曲部２００ｂとを有する切削部２００を備え、その外表面には、結合剤Ｂによって研磨砥粒Ｋが固着された砥粒結合部Ｄを有すると共に、ドリルの軸方向に沿う切欠き溝Ｃが形成されている。なお、このドリル１００は、凸曲部２００ｂの基端側の端部２００ｃにおける軸直角断面（Ｘ−Ｘ線断面）において、切欠き溝Ｃを覆う仮想円弧ＩＡの長さ（仮想円弧ＩＡのトータル長さ）が、その仮想円弧ＩＡと、砥粒結合部Ｄの外表面を構成する実円弧Ｓとで形成される円全周の長さに対して約３５％程度以下の長さとなるように形成されている。
【００１１】
このドリル１００を用いて脆性材に孔加工を施す際は、図５に示すように、凸曲部２００ｂの内、基端側の領域に位置する砥粒結合部Ｄの磨耗量Ｍｂに比べて、先端側の領域に位置する砥粒結合部Ｄの磨耗量Ｍａの方が多くなる。そのため、加工回数の増加に伴って、次第に凸曲部２００ｂが平坦化し、その輪郭形状が丸みを帯びたものから角張ったものへと変形する。その結果、ワークの孔加工面に微小クラックが発生しやすくなり、孔加工後に熱処理工程が必要となるような場合に、ワークの破損を誘発するという問題があった。
【００１２】
このため、従来から脆性材の孔加工に用いられてきたドリルに改良を加え、上記問題の解決を図る必要があったが、そのための措置が何ら講じられていないのが現状である。
【００１３】
上記事情に鑑みなされた本発明は、ドリル先端部の各領域において砥粒結合部の磨耗量を均等化し、先端部の変形、特に平坦化を抑制することにより、孔加工面における微小クラックの発生を防止し、良好な孔加工面を得ることを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために創案された本発明に係る装置は、基端側の円柱部と、該円柱部の先端側に連なる凸曲部とを有する切削部を備え、該切削部の外表面に結合剤によって研磨砥粒が固着された砥粒結合部を有すると共に、脆性材に孔開け加工を施す孔加工用ドリルであって、前記切削部に、ドリルの軸方向に沿う切欠き溝が形成されると共に、前記凸曲部における基端側の端部の軸直角断面において、ドリルの回転中心から一定の距離で前記切欠き溝を覆う仮想円弧の長さが、前記砥粒結合部の外表面を形成する実円弧の長さよりも長いことに特徴付けられる。
【００１５】
このような構成によれば、凸曲部における基端側の端部の軸直角断面において、ドリルの回転中心から一定の距離で切欠き溝を覆う仮想円弧の長さが、砥粒結合部の外表面を形成する実円弧の長さよりも長いことにより、以下のような好ましい態様が得られる。すなわち、本発明に係るドリルは、上記のような特徴を有する切欠き溝の存在により、凸曲部の内、基端側の領域に位置する砥粒結合部の面積が、従来のドリルに比べて縮小されているのに対して、先端側の領域に位置する砥粒結合部の面積は、従来のドリルと同等になる。そして、凸曲部の基端側の領域では、その縮小された面積の砥粒結合部によってワークの切削を行わなければならないため、必然的に磨耗量が多くなるのに対して、先端側の領域では、依然として磨耗量が多い状態に維持される。これにより、基端側の領域に位置する砥粒結合部と、先端側の領域に位置する砥粒結合部との間で、磨耗量を均等化することが可能となる。この結果、ドリルの凸曲部が平坦化することを抑制でき、微小クラックの発生を防止することが可能となるため、良好な孔加工面を得ることができる。
【００１６】
上記の構成において、前記仮想円弧の長さは、該仮想円弧と前記実円弧とで形成される円全周の長さの８０％以下であることが好ましい。
【００１７】
このようにすれば、砥粒結合部の面積が不当に小さくなることによる切削不良を回避することができる。
【００１８】
上記の構成において、前記切欠き溝は、前記回転中心の周りに回転対称に形成されることが好ましい。
【００１９】
このようにすれば、ドリルの回転中心の周りに、同一の大きさで且つ同一の形状を有する切欠き溝が等間隔で形成されることにより、ドリルの重心がドリルの回転中心上に位置することになる。このため、脆性材の切削時において、ドリルが無用に振動したり、ドリルの回転中心が偏心したりすることを防止できるため、より良好な孔加工面を得ることが可能となる。
【００２０】
上記の構成において、前記脆性材はガラス板である場合に特に有効となる。
【００２１】
このようにすれば、特に微小クラックが存在しない高品質な孔加工面が要求されるガラス板について、既述の利点を得ることが可能となる。なお、脆性材としては、ガラス板以外にセラミック板等を挙げることができる。
【００２２】
上記の構成において、前記研磨砥粒は、ダイヤモンド砥粒であることが好ましい。
【００２３】
このようにすれば、既述の効果をより顕著なものとすることが可能となる。
【００２４】
上記の構成において、前記結合剤は、メタルボンドであることが好ましい。
【００２５】
このようにすれば、既述の効果をさらに顕著なものとすることが可能となる。
【００２６】
また、上記課題を解決するために創案された本発明に係る方法は、上記のように構成された孔加工用ドリルを用いた脆性材の孔加工方法である。
【００２７】
このような方法によれば、上述した孔加工用ドリルについて既に述べた事項と同様の作用効果を享受することができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明によれば、ドリル先端部の各領域において砥粒結合部の磨耗量を均等化できることにより、先端部の変形、特に平坦化を抑制し得ると共に、孔加工面における微小クラックの発生を防止することが可能となり、良好な孔加工面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る孔加工用ドリルを示す側面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る孔加工用ドリルを使用した孔加工の実施状況を示す側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る孔加工用ドリルが磨耗する過程を示す側面図である。
【図４】図４（ａ）は、従来の孔加工用ドリルを示す側面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【図５】従来の孔加工用ドリルが磨耗する過程を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態に係る孔加工用ドリルについて添付の図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、切欠き溝として給液溝を使用している。また、研磨砥粒としてダイヤモンド砥粒を、結合剤としてメタルボンドを使用しており、ワークである脆性材はガラス板である。
【００３１】
図１（ａ）は、本実施形態に係る孔加工用ドリル１（以下、単にドリル１という）を示す側面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ‐Ａ線断面図である。これらの図に示すように、ドリル１は、基端側の円柱部２ａと、円柱部２ａの先端側に連なる半球状の凸曲部２ｂとを有する切削部２を備えている。
【００３２】
切削部２は、その外表面にメタルボンドＢによってダイヤモンド砥粒Ｋが固着された砥粒結合部Ｄを有すると共に、孔加工面に切削油や切削水を供給するための４つの給液溝Ｃがドリル１の軸方向に沿って形成されている。
【００３３】
４つの給液溝Ｃは、ドリル１の回転中心Ｔの周りに回転対称に配置されると共に、凸曲部２ｂから円柱部２ａに連なって形成されている。さらに、このドリル１は、凸曲部２ｂの基端側の端部２ｃにおける回転中心Ｔに垂直なＡ−Ａ線断面（軸直角断面）において、回転中心Ｔから一定の距離で給液溝Ｃを覆う４つの仮想円弧ＩＡの長さ（仮想円弧ＩＡのトータル長さ）が、それら仮想円弧ＩＡと、砥粒結合部Ｄの外表面を形成する４つの実円弧Ｓとで形成される円全周の長さよりも長くなるように形成されている。具体的には、４つの仮想円弧ＩＡの長さをＬ１とし、円全周の長さをＬ２とした場合に、０．５＜（Ｌ１／Ｌ２）≦０．８、好ましくは、（Ｌ１／Ｌ２）＝０．６６とされる。
【００３４】
以下、上記の孔加工用ドリル１を用いた孔加工方法の実施状況について説明する。
【００３５】
図２に示すように、ドリル１を同図に示すＲ方向に回転させてガラス板Ｇに対し孔加工を施す。ただし、ドリル１の回転方向はＲ方向と逆向きであってもよい。ここで、ドリル１の径としては、０．５ｍｍ〜５．０ｍｍのものを使用することができる。また、ドリル１の回転数としては、５０００ｒｐｍ〜６００００ｒｐｍとするのが好ましい。さらに、ガラス板Ｇに対するドリル１の進入速度は、０．１ｍｍ／ｓｅｃ〜２．０ｍｍ／ｓｅｃであることが好ましい。
【００３６】
ドリル１を用いてガラス板Ｇに孔加工を施す過程においては、図３（ａ）に示すドリル１の砥粒結合部Ｄが磨耗することに伴って、ドリル１の凸曲部２ｂの外表面が略全域に亘って磨耗していく。
【００３７】
その場合、本実施形態に係るドリル１は、凸曲部２ｂの基端側の端部２ｃにおける軸直角断面において、給液溝Ｃを覆う４つの仮想円弧ＩＡと、４つの実円弧Ｓとの長さを比較したとき、４つの仮想円弧ＩＡの長さの方が長くなるように給液溝Ｃが形成されていることにより、下記のような効果を得ることができる。
【００３８】
すなわち、上述のような給液溝Ｃの存在により、凸曲部２ｂの内、基端側の領域に位置する砥粒結合部Ｄの面積が、従来のドリルに比べて縮小されているのに対して、先端側の領域に位置する砥粒結合部Ｄの面積は、従来のドリルと同等になる。そして、凸曲部２ａの基端側の領域では、その縮小された面積の砥粒結合部Ｄによってワークの切削を行わなければならないため、必然的に磨耗量が多くなるのに対して、先端側の領域では、依然として磨耗量が多い状態に維持される。その結果、図３（ｂ）に示すように、基端側の領域に位置する砥粒結合部Ｄの磨耗量Ｍｂと、先端側の領域に位置する砥粒結合部Ｄの磨耗量Ｍａとについて、均等化を図ることが可能となる。この結果、ドリル１の凸曲部２ｂが平坦化することを抑制でき、微小クラックの発生を防止することが可能となるため、良好な孔加工面を得ることができる。
【００３９】
また、給液溝Ｃがドリル１の回転中心Ｔの周りに回転対称に設けられていることで、ドリル１の重心が回転中心Ｔ上に位置している。これにより、ガラス板Ｇの切削時において、ドリル１が無用に振動したり、ドリル１の回転中心Ｔが偏心したりすることを防止できることから、より孔加工面を良好なものとすることが可能となる。
【００４０】
さらに、給液溝Ｃが、凸曲部２ｂから円柱部２ａに連なっていることによって、給液溝Ｃに沿って切削液を凸曲部２ｂに対して円滑に供給することが可能となり、孔加工面の冷却を十分に行うことができるため、さらに孔加工面を良好なものとすることが可能となる。
【００４１】
ここで、本発明の実施形態に係る孔加工用ドリル１では、ワークである脆性材としてガラス板Ｇを使用しているが、本発明は、ガラス板Ｇの孔加工のみに限定されるわけではなく、セラミック等の他の脆性材の孔加工に使用してもよい。また、ドリル１の凸曲部２ｂは半球状に形成されているが、他の曲面形状に形成してもよい。さらに、結合剤としてメタルボンドＢを、研磨砥粒としてダイヤモンド砥粒Ｋを使用しているが、レジンボンドやビトリファイボンドを結合剤として使用してもよく、ＣＢＮ砥粒を研磨砥粒として使用してもよい。
【００４２】
また、給液溝Ｃはドリル１の凸曲部２ｂから円柱部２ａに連なって形成されているが、凸曲部２ｂのみに形成してもよい。さらに、給液溝Ｃはドリル１の回転中心Ｔの周りに回転対称に設けられているが、各給液溝Ｃを必ずしも回転中心Ｔの周りで等間隔に設ける必要はなく、例えば、回転中心Ｔと直交する断面において、回転中心Ｔに対して点対称に各給液溝Ｃを設けてもよい。また、各給液溝Ｃの形状も同一である必要はなく、異なる形状であってもよいし、給液溝Ｃの数も適宜増減させてよい。加えて、給液溝Ｃに代わって、孔加工面で発生した切粉を排出するための排出溝を切欠き溝として設けてもよく、給液溝Ｃと排出溝とを併用するようにしてもよい。
【実施例１】
【００４３】
本発明の実施例として、下記の表１に示す６つの条件下（実施例４つ、比較例２つ）で複数のガラス板に対して連続的に孔加工試験を行い、以下の２項目について調査した。
項目１：孔加工面に微小クラックを生じるまでのガラス板の加工枚数（ショット数）
項目２：孔加工面の品質の良否、及び孔加工上の不具合の有無
【００４４】
なお、上記６つの条件において、共通した試験条件を以下に示す。
ドリル外周部の形状：円形
ドリル回転数      ：２００００ｒｐｍ
ドリル進入速度    ：０．８ｍｍ／ｓｅｃ
孔加工深さ        ：１．４ｍｍ
供給する切削水の量：２．４Ｌ／ｍｉｎ
ガラス板の種類    ：ソーダライムガラス
【００４５】
下記の表１に試験結果を示す。なお、表１に示す刻設比とは、ドリルの凸曲部の基端側の端部における回転中心に垂直な断面において、回転中心から一定の距離で切欠き溝を覆う仮想円弧の長さと、仮想円弧と砥粒結合部の外表面を形成する実円弧とで形成される円全周の長さとの比で表される値であって、既述の（Ｌ１／Ｌ２）に相当する値である。
【表１】
2013166666.tif 000003
【００４６】
上記の表１に示した結果を考察すれば、本発明の実施例１〜４は、比較例１、２と比べて孔加工面における微小クラックの発生を抑制でき、良好な孔加工面を得ることが可能となっている。これは、本発明の実施例１〜４では、凸曲部の基端側の端部における回転中心に垂直な断面において、切欠き溝を覆う仮想円弧の長さを、実円弧の長さよりも長くしたことによって、ドリルの凸曲部が平坦化することを抑制できたためと想定される。この結果、ガラス板に孔加工を施した後、熱処理を施すような場合でも、微小クラックを基点としたガラス基板の破損を効果的に防止できるものと推認することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１          孔加工用ドリル
２ａ        円柱部
２ｂ        凸曲部
２ｃ        凸曲部における基端側の端部
Ｃ          給液溝（切欠き溝）
Ｂ          メタルボンド（結合剤）
Ｋ          ダイヤモンド砥粒（研磨砥粒）
Ｔ          ドリルの回転中心
ＩＡ        仮想円弧
Ｓ          実円弧
Ｒ          ドリルの回転方向
Ｇ          ガラス板
Ｍａ        磨耗量
Ｍｂ        磨耗量
【図１】
2013166666.tif 000004
【図２】
2013166666.tif 000005
【図３】
2013166666.tif 000006
【図４】
2013166666.tif 000007
【図５】
2013166666.tif 000008