(57)【要約】【課題】電鋳メッキなどの厚膜メッキで形成された非円形断面の穿孔刃又は切削刃の寿命を長くすること。【解決手段】穿孔刃２１が電鋳メッキ層によって形成され、孔開け加工又はミーリング加工を行うことができる電鋳メッキ層で形成されている。断面が非円形断面である支持体２２に電鋳メッキ層を形成することによって支持体２２の面にコア刃２３を形成し、コア刃２３の断面形状を非円形断面に形成した。そして、支持体２２の表面を支持体２２の素材よりも硬いコーティング層２６及び／又はアルカリ液に溶解しないコーティング層２６で被覆した。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工刃が厚膜メッキ層によって形成され、孔開け加工又はミーリング加工を行うことができる厚膜メッキ層で形成された加工具において、
断面が非円形断面である支持体に厚膜メッキ層を形成することによって前記支持体の面に加工刃を形成し、該加工刃の断面形状を非円形断面に形成したことを特徴とするメッキ層で形成された加工具。
【請求項２】
前記加工刃は厚膜メッキによるメッキ層により形成され、前記支持体はアルミニウムによって形成され、前記加工刃の内部に位置する支持体をアルカリ液で溶解させて加工刃の内部にコアを形成するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のメッキ層で形成された加工具。
【請求項３】
前記加工刃の厚膜メッキ層がダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、白色アルミナ、褐色アルミナ、淡紅色アルミナ、解砕型アルミナ、アルミナジルコニア、セラミック砥粒、緑色炭化けい素、黒色炭化けい素等の硬質砥粒を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のメッキ層で形成された加工具。
【請求項４】
前記加工刃の外周面に、該加工刃の軸方向先端部に向かって螺旋状の複数の溝を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のメッキ層で形成された加工具。
【請求項５】
前記支持体の表面を上記支持体の素材よりも硬いコーティング層及び／又はアルカリ液に溶解しないコーティング層で被覆したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のメッキ層で形成された加工具。
【請求項６】
前記コーティング層が、メッキ、溶射又はアルマイト加工によって形成されたコーティング層であることを特徴とする請求項１に記載のメッキ層で形成された加工具。
【請求項７】
前記厚膜メッキがニッケルによるメッキ金属であることを特徴とする請求項２〜６に記載のメッキ層で形成された加工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚膜メッキなどのメッキによって形成され、且つ中空の穿孔刃若しくは長溝を形成する切削刃などのメッキ層で形成された加工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン、硝子、メタル等の被加工物に孔を形成するものとして、電鋳メッキによって中空の円形断面の穿孔刃を形成する技術が特許文献１に開示されている。
特許文献１によると、円軸形状であるアルミニウムの支持体の一端側先端部にニッケルなどの電鋳メッキを施し、アルミニウムの外周面をニッケルなどの電鋳メッキ層で被覆する。そして、電鋳メッキ層の内部に残存するアルミニウムからなる支持体は、アルミニウムを溶解するアルカリ液、例えば、苛性ソーダ溶液に浸漬して、アルミニウムのみを溶解して、ニッケルからなる中空の穿孔刃を形成することができる。
このような、電鋳メッキにより形成された穿孔刃は加工装置のチャックなどに取付けられて、被加工物に対して所望の孔開けを行うことができる。
【特許文献１】特公昭６４−６９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電鋳メッキによる穿孔刃は、被加工物の孔開けの他、切削刃のように被加工物の溝を形成するために用いられることがある。このように円形断面の穿孔刃によって、溝を形成したような場合、穿孔刃が焼き付いたりして切削刃の寿命が短くなってしまう問題点があった。
また、加工装置による被加工物の孔開けは、穿孔刃の回転が約２〜３０万回転（ｒｐｍ）と高回転であり、穿孔時には冷却液（研削液）が穿孔刃に噴射される。上述したように、穿孔刃の支持体は、穿孔刃をコア形状に形成するので、加工の容易さから材料としてアルミニウムが使用される。上述した冷却液は、アルカリ性の冷却液が使用されることがあり、支持体の表面を腐食させたり、さらには溶解させたりして、支持体を弱化させたりするので、支持体をチャックする際に変形やキズを付けるようなことがある。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電鋳メッキなどの厚膜メッキで形成された非円形断面の穿孔刃又は切削刃の寿命を長くすることができるメッキ層で形成された加工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記目的を達成するために、加工刃がメッキ層によって形成され、孔開け加工又はミーリング加工を行うことができるメッキ層で形成された加工具において、断面が非円形断面である支持体にメッキ層を形成することによって前記支持体の面に加工刃を形成し、該加工刃の断面形状を非円形断面に形成した。
上記メッキ層で形成された加工具の前記加工刃は、厚膜メッキによるメッキ層により形成され、前記支持体はアルミニウムによって形成され、前記加工刃の内部に位置する支持体をアルカリ液で溶解させて加工刃の内部にコアを形成することができる。
上記メッキ層で形成された加工具の前記加工刃の厚膜メッキ層がダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、白色アルミナ、褐色アルミナ、淡紅色アルミナ、解砕型アルミナ、アルミナジルコニア、セラミック砥粒、緑色炭化けい素、黒色炭化けい素等の硬質砥粒を含むことができる。
上記メッキ層で形成された加工具は、前記加工刃の外周面に、該加工刃の軸方向先端部に向かって螺旋状の複数の溝を形成することができる。
上記メッキ層で形成された加工具は、前記支持体の表面を上記支持体の素材よりも硬いコーティング層及び／又はアルカリ液に溶解しないコーティング層で被覆することができる。
上記メッキ層で形成された加工具の前記コーティング層が、メッキ、溶射又はアルマイト加工によって形成されたコーティング層とすることができる。
上記メッキ層で形成された加工具の前記厚膜メッキがニッケルによるメッキ金属とすることができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のメッキ層で形成された加工具は、加工刃がメッキ層によって形成され、孔開け加工又はミーリング加工を行うことができるメッキ層で形成された加工具において、断面が非円形断面である支持体にメッキ層を形成することによって前記支持体の面に加工刃を形成し、該加工刃の断面形状を非円形断面に形成したので、切削加工時において、刃先が冷却水によって冷却されやすく、切り粉など刃先からの排出を容易にすることができる。特に、ミーリィング加工時における刃先の消耗を少なくすることができる。
上記メッキ層で形成された加工具は、前記支持体の表面を上記支持体の素材よりも硬いコーティング層及び／又はアルカリ液に溶解しないコーティング層で被覆したので、支持体がキズついたり、アルカリ液によって腐食したりするようなことが防止される。
上記メッキ層で形成された加工具は、前記加工刃の外周面に、該加工刃の軸方向先端部に向かって螺旋状の複数の溝を形成したので、冷却水や切り粉などが螺旋状の溝に案内されて除去される効果がある。
上記メッキ層で形成された加工具は、前記加工刃の厚膜メッキ層がダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、白色アルミナ、褐色アルミナ、淡紅色アルミナ、解砕型アルミナ、アルミナジルコニア、セラミック砥粒、緑色炭化けい素、黒色炭化けい素等の硬質砥粒を含むようにしたので、被加工物の切削効率が向上するようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態のメッキ層で形成された加工具について、電鋳工具を例として図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の電鋳工具としての穿孔刃が使用される加工装置１の加工部２を示す。この加工部２では、駆動モータ４に連結されている回転自在のスピンドル３を備え、スピンドル３の下部には、図２に示すように、本発明に係わる穿孔刃６を支持するチャック５を備えている。チャック５は、通常のボール盤などに使用されているものと同じであり、支持部を減径することによって、穿孔刃６の一端部を支持することができる。この加工部２は、図示しない昇降手段によって、上下動することができる。この加工部２には、穿孔刃６を冷却するための、ノズル１５を配設し、ノズル１５の先端部を穿孔刃６側へ向けている。ノズル１５は、加工部２とともに昇降することができる。
加工部２の下部には、チャックテーブル８を配設し、チャックテーブル８は、固定されているもの、一方向（Ｘ軸方向）若しくは二方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）へ移動するものであってもよい。チャックテーブル８の面上には被加工物９が配設されている。被加工物９は、例えば、シリコン、硝子、メタル、セラミックス等がある。
【０００８】
図３のＡは、加工部２に支持される円形断面の穿孔刃６を示す。なお、本発明の穿孔刃は非円形断面の穿孔刃を対象とするものであるが、説明の便宜上、初めに円形断面の穿孔刃６を例に上げて説明する。ただし、断面が円形であること以外は、本実施形態の異形断面の穿孔刃と、構成、製造手順などは同じである。
穿孔刃６は、アルミニウム製の支持体１１と、電鋳メッキによって形成されるコア刃１２とからなる。支持体１１は、断面形状が円形であり、本実施形態では有芯のものを使用しているが、中空のもので形成してもよい。図３のＤに示すように、支持体１１の先端側は先細の円錐台形形状に形成されている。一方、コア刃１２は、支持体１１の先端部の周囲とその先端部よりもさらに先端方向に突出させるようにして、支持体１１に連結されている。コア刃１２は、全体が筒状形状であって、先端側の刃を形成する部分が支持体１１を有しない中空部となっている。
【０００９】
以下、穿孔刃６の製造方法について説明する。
図３のＢに示すように、アルミニウムからなる軸状部材を形成する。本実施形態では、軸状部材の断面は円形断面であるが、四角形や六角形などの多角形であってもよい。支持体１１の形状は、基端部（図面上側）１１ａは、回転に耐えうる径に形成し、先端部（図面下側）１１ｂは、形成されるコア刃１２の径などによって適宜決定され、中間部には先細の円錐台形形状部１１ｃが形成されている。なお、先端部１１ｂの直径は１ｍｍ以下のものがあるが、一般的には、５〜６０ｍｍのものが利用されている。また、基端部１１ａの直径よりも先端部１１ｂの直径が大きい場合もある。
【００１０】
この支持体１１にコア刃１２を形成するため、以下の手順で電鋳メッキ（厚膜メッキ）を行う。
図３のＢに示す支持体１１の基端部１１ａの仮想線ａに示すように、仮想線ａよりも上側の部分を被導電性部材でマスクキングを行う。マスキングを施した支持体１１を、ニッケルメッキを主体する電鋳メッキを行う。電鋳メッキには、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、白色アルミナ（ＷＡ）、褐色アルミナ（Ａ）、淡紅色アルミナ（ＰＡ）、解砕型アルミナ（ＨＡ）、アルミナジルコニア（ＡＺ）、セラミック砥粒（ＳＧ、ＴＧ、ＧＸ）、緑色炭化けい素（ＧＣ）、黒色炭化けい素（Ｃ）等の硬質砥粒若しくはこれらの成分の２以上を、ニッケルメッキ中に分散させることが好ましい。これらの砥粒の粒径は、１〜１５０μｍのものが好ましい。
電鋳メッキ層の厚さは、使用によって異なるが、一般的には０．２〜０．３ｍｍ程度である。
【００１１】
図３のＣは、電鋳メッキによって、支持体１１にメッキ層からなるコア刃１２が形成されている状態を示す。この状態では、コア刃１２の内部には支持体１１が残存しており、次に、図３のＣに示す支持体１１の仮想線ｂに示す部分よりも、先端側を除去する作業を行う。
除去作業は、アルミニウムがアルカリ液に溶解するので、支持体１１の先端部１１ｂ及びコア刃１２の先端部を、苛性ソーダ溶液に浸漬してアルミニウムを溶解させて、仮想線ｂに示す部分よりも先端側を除去する。なお、コア刃１２のニッケルメッキ層は、アルカリ液に溶解することがない。こうして、仮想線ｂまでアルミニウムを溶解させて、内部にコア１３を形成した穿孔刃６が形成される。
なお、支持体１１をアルミニウムとし、アルカリ溶液で支持体１１を溶解させたが、例えば、支持体１１をプラスチックとし、その表面に電鋳メッキを形成し、後からプラスチックを熱で除去するような方法によっても、コア刃を形成することができる。さらには、アルミニウム製の支持体１１を溶解させないで、使用することもできる。
【００１２】
次に、穿孔刃６において、支持体１１が外部に露出している部分について、すなわち、支持体１１の仮想線ａよりも基端側（図中の仮想線ａよりも上の部分）の外周面のコーティングを行う。このコーティングは支持体１１の硬度を大きくするためと、アルカリによる腐食を防止するために行うのであって、図３のＤに示すように、支持体１１の外周面全体にコーティング層１４を形成する。コーティング方法は、メッキ処理、溶射、アルマイト処理等がある。メッキ処理では、ニッケルメッキ、硬質クロムメッキ、ニッケルタングステンメッキ、ニッケルクロムメッキ等のメッキ処理あり、溶射については、タングステン、チタン等の溶射があり、アルマイト処理では、硬質アルマイト処理を施す。いずれのコーティング処理であっても、アルミニウム素材よりも硬さを向上し、腐食の防止を図り、穿孔刃６の長寿命化を図ることができる。
【００１３】
図４のＡ及びＢ、図５のＡ及びＢ、図６の穿孔刃は、いずれも上述した穿孔刃６と同じ手順で形成された本実施形態に穿孔刃を示し、円形とは異なるいわゆる異形断面によって形成したものである。
図４のＡ及びＢに示す穿孔刃２１の支持体２２の先端部には、コア刃２３が固定されている。コア刃２３の壁部には、該コア刃２３の壁部自身を凹凸形状にして形成した溝２４を形成している。本実施形態では図４のＢに示すようにコア刃２３には２本の溝を形成し、コア刃２３の内部には、コア孔２５が形成されている。このような溝２４は、支持体２２の先端部に、コア孔２５の内周面と同じ外径形状の溝を形成することによって、上述した電鋳メッキと同様のメッキ方法及び支持体２２の外周面にコーティング層２６を施すことによって形成することができる。コア刃２３の向かい合う円弧部２３ａは、同一円周上に形成されている。
このように、略ハンマー形状の断面を有する穿孔刃２１は、硝子などの被加工物の孔開けを行う際には、外径（向かい合う円弧２３ａから円弧２３ａまでの長さ）と同じ大きさの径を有する円形の孔又は溝を形成することができる。
【００１４】
図５のＡ及びＢに示す穿孔刃３１の支持体３２の先端部には、コア刃３３が固定されている。コア刃３３の壁部には、該コア刃３３の壁部自身を凹凸形状にして形成した溝３４を形成している。本実施形態では図５のＢに示すようにコア刃３３には４本の溝を形成し、コア刃３３の内部には、コア孔３５が形成されている。このような溝３４は、支持体２２の先端部に、コア孔３５の内周面と同じ外径形状の溝３４を形成することによって、上述した電鋳メッキと同様のメッキ方法及び支持体３２の外周面にコーティング層３６を施すことによって形成することができる。コア刃３３の向かい合う２組の円弧部３３ａは、同一円周上に形成されている。
このように、略クロス形状の断面を有する穿孔刃３１は、硝子などの被加工物の孔開けを行う際には、外径（向かい合う円弧３３ａから円弧３３ａまでの長さ）と同じ大きさの径を有する円形の孔又は溝を形成することができる。
【００１５】
図６に示す穿孔刃４１は、コア刃（正確にはコアを有さない）４３を先端側から見た底面図である。このコア刃４３は、軸Ｏを中心とする半円弧形状の内円弧刃４４と外円弧刃４５を有している。このようなコア刃４３は、アルミニウム素材に図６に示す内円弧刃４４と外円弧刃４５の形状に相当する半円弧設けることによって、コア刃４３を形成することができる。また、図示しない支持体の露出している部分についてもコーティング層（図３のＤの符号１４参照）を形成する。
このような、コア刃４３によって被加工物を形成すると、軸Ｏを中心にコア刃４３が回転することによって、被加工物に溝を形成する場合は、内外に円環状の丸溝を二重に形成することができ、また、コア刃４３で被加工物を貫通させたような場合は、リングのような環状物を形成することができる。
このように、穿孔刃６，２１，３１，４１は、被加工物に溝及び丸孔を形成することができる。
【００１６】
図２に示すように、加工装置１によって、孔開けを行うような場合は、図示の状態から図示しない昇降手段によって、加工部２が下降しスピンドル３の回転によって穿孔刃６を高速回転させ、加工部２に付随した複数のノズル１５によって、冷却液が穿孔刃６に向けて噴射される。そして、被加工物に穿孔刃６のコア刃１２が当接し、円形の孔が形成される。
支持体１１がアルカリ性溶液によって腐食されるようなことがあったが、本実施形態では、支持体１１の表面にコーティング層１４を形成したので、芯材であるアルミニウム素材の腐食が防止される。また、支持体１１の外周面に形成したコーティング層１４は、支持体１１の強度を大きくする効果がある。
【００１７】
穿孔刃６は、主として孔開けとして使用されるが、ミーリング加工のように被加工物に長溝を形成するために使用されることがある。このような場合は、チャックテーブル８を移送することによって、被加工物に長溝を形成することができ、チャックテーブル８が前後、左右方向へ移動可能な場合は、直線のみならず、曲線の溝を形成することができる。
このように、従来では被加工物に長溝を形成するために、コア刃１２が円形のものを使用しているが、本実施形態では、コア刃の断面が異形のものを使用して長溝を形成し、円形のものと異形のものの比較試験を行なってみた。
【００１８】
試験例１として、図３のＡ〜Ｄに示す断面が円形のコア刃１２（比較例）を用い、被加工物（材料）に対して切り込み０．０２ｍｍの溝を１分当たり１０００ｍｍの送り速度で研削比（研削比=被加工物の加工体積/コア刃の磨耗体積）を測定した。また、図４のＡ及びＢに示す断面が異形のコア刃２３（実施例）を用い、同じ切り込み０．０２の溝を１分当たり１０００ｍｍの送り速度で研削比を測定した。その結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
試験例１に示すように、異形断面のコア刃２３は、４．４２と研削比が大きく、円形断面のコア刃１２は、０．５８と研削比が小さく、異形断面のものは長溝形成時の消耗量が小さいのが分かった。
コア刃１２の消耗量は、１４０ｍｍを切削して１．０１ｍｍであったのに対し、コア刃２３の消耗量は１４０ｍｍを切削して０．２０ｍｍであった。
なお、コア刃２３は、該コア刃２１の向かい合う円弧２３ａがある部分の径と、コア刃１２の直径を同じものを使用し、各コア刃１２，２３を形成する電鋳メッキの材料は同じ材料のものを使用した。また、被研削物は、セラミックスを使用している。
【００２１】
次に、試験例２として、上記試験例１で使用した同じ円形断面及び異形断面のコア刃１２，２３を用い、送り速度のみを２倍の１分当たり２０００ｍｍの速度で、各コア刃１２，２３の研削比を得た。その結果を、同じく表１に示す。両者共に研削比は小さくなったが、異形断面のコア刃２３の研削比は０．９３であったのに対し、円形断面のコア刃１２は研削比が０．０３であり、異形断面のコア刃２３の方が３１倍の研削比となる結果が得られた。コア刃１２の消耗量は、１４０ｍｍを切削して２．５８ｍｍであったのに対し、コア刃２３の消耗量は１４０ｍｍを切削して０．７３ｍｍであった。
なお、［表１］の備考に記載した通り、試験例２では、円形断面のコア刃１２の電鋳部に焼き付きが生じたのに対し、異形断面のコア刃２３に焼き付きは見られなかった。
このように、コア刃を異形断面にしたことによって、コア刃によって被加工物に長溝を形成するのに、コア刃の寿命を大幅に長くすることができる。
【００２２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術的思想に基づいて、勿論、本発明は種々の変形又は変更が可能である。
上記実施形態では、穿孔刃の形状を円形断面に溝を形成した形状であったが、例えば、板状の長方形断面にして、全体を捻るような形状に形成してもよい。また、溝を螺旋状に形成したが、溝の形状は軸方向に直線形状にしてもよいし、さらには、穿孔刃の先端部にスリット状の溝を形成するようにしてもよい。
また、電鋳メッキについては、ニッケルメッキによって、説明したが、他の材料で
コア刃を形成してもよい。
また、コア刃２３，３３については、支持体１１に該支持体１１を軸方向に貫通し、コア刃２３，３３のコア孔２５，３５に連通する孔を形成し、該孔とコア孔２５，３５に冷却液を流し込んで孔開け加工や溝加工をするようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態による電鋳工具を穿孔刃としている加工装置の加工部周辺の斜視図である。
【図２】図１の加工部の拡大正面図である。
【図３】Ａは、本発明の実施形態を説明するための非円形断面の刃先を有する穿孔刃（比較例）の正面図、Ｂは穿孔刃のアルミニウム素材である支持体の正面図、ＣはＢの支持体の先端側に電鋳メッキを施した状態の断面図である。ＤはＣの支持体の先端部を除去し、支持体の露出面にコーティング処理を施した状態の断面図である。
【図４】Ａは、本発明の実施形態による電鋳工具であって、穿孔刃を正面方向から見た斜視図、ＢはＡのＸ−Ｘ方向の断面図である。
【図５】Ａは、本発明の実施形態による電鋳工具の変形例であって、穿孔刃を正面方向から見た斜視図、ＢはＡのＹ−Ｙ方向の断面図である。
【図６】本発明の実施形態による電鋳工具の他の変形例であって、穿孔刃の底面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  加工装置
２  加工部
３  スピンドル
６，２１，３１，４１  穿孔刃
９  被加工物
１１  支持体
１２，２３，３３，４３  コア刃
１４，２６，３６  コーティング層
２４，３４  溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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