JP2005324266A - 段付穴形成用ドリル - Google Patents

Abstract

【課題】 硬脆材料を研削して段付穴を形成する際に、段付穴の内面を高い精度の平滑面として形成できる段付穴形成用ドリルを提供すること。
【解決手段】 側面砥石部２ａと、正面砥石部２ｂと、この正面砥石部２ｂの先端に突設された突状砥石部４と、から成るダイヤモンド砥石部２を、シャンク３の先端に備えるとともに、流体が供給される軸心貫通孔６を有するダイヤモンドドリル１であって、このダイヤモンドドリル１を使用して、硬脆材料９に環状段部１０ａを有する貫通穴１０を形成する際に、少なくとも所定の残厚Ｄが硬脆材料９に残された状態で、正面砥石部２ａが硬脆材料９を研削して環状段部１０ａを形成するように、硬脆材料９とダイヤモンドドリル１の形状に関する寸法が特定されている
【選択図】 図７

Description

本発明は、ガラス等の硬脆材料に穴開け加工を施すためのダイヤモンドドリルに関する。

従来、硬脆材料に穴を開ける工具としては、鋼製のシャンクの先端に取り付けたダイヤモンド砥石部を回転させながら硬脆材料に接触させることで穴を開けるダイヤモンドドリルがある。

近年、半導体の高集積化や電気製品の精密化が進んでおり、これら半導体や電気製品の製造において、ガラスや半導体等の硬脆材料を研削する際に、その加工面に微粉末（パーティクル）が存在すると、半導体や各種電気製品に悪影響を及ぼすことになるため、製造上の歩留まりを減らすために高精度の研削加工が要求される。特に、硬脆材料を研削して内面に段部が形成された複雑な形状の段付穴の加工を施す場合があり、その際に段付穴の段部が高い精度の平滑面を要求される。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、硬脆材料を研削して段付穴を形成する際に、段付穴の内面を高い精度の平滑面として形成できる段付穴形成用ドリルを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の段付穴形成用ドリルは、側面砥石部と、正面砥石部と、該正面砥石部の先端に突設された突状砥石部と、から成るダイヤモンド砥石部を、シャンクの先端に備えるとともに、流体が供給される軸心貫通孔を有するダイヤモンドドリルであって、該ダイヤモンドドリルを使用して、硬脆材料に環状段部を有する貫通穴を形成する際に、少なくとも所定の残厚Dが前記硬脆材料に残された状態で、前記正面砥石部が前記硬脆材料を研削して前記環状段部を形成するように、前記硬脆材料と前記ダイヤモンドドリルの形状に関する寸法が特定されていることを特徴としている。
この特徴によれば、正面砥石部が硬脆材料を研削するときに、所定の残厚Dが硬脆材料に残った状態であるため、軸心貫通孔に供給されてダイヤモンドドリルの先端から流れ出た流体が、硬脆材料に形成された環状段部と、ダイヤモンド砥石部との間に流出されるようになり、研削の際に発生する切粉及びダイヤモンド砥粉を洗い流しながら研削でき、貫通穴の内面とともに、環状段部を滑らに形成することができる。

本発明の請求項２に記載の段付穴形成用ドリルは、請求項１に記載の段付穴形成用ドリルであって、前記軸心貫通孔に連通する縦方向の切溝が、前記突状砥石部に形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、流体を切溝から流出させることができるので、環状段部の近傍に比較的パーティクル等を含まない流体を誘導でき、研削の際に発生する切粉及びダイヤモンド砥粉を充分に洗い流すことができる。

本発明の請求項３に記載の段付穴形成用ドリルは、請求項１または２に記載の段付穴形成用ドリルであって、前記ダイヤモンドドリルと前記硬脆材料との間に偏心運動を与えることを特徴としている。
この特徴によれば、ダイヤモンドドリルと硬脆材料との間に偏心運動が与えられることで、ダイヤモンドドリルと硬脆材料との間に所定の間隙が形成されるようになり、ダイヤモンドドリルの先端から流れ出た流体が、前記間隙を通過して排出されるため、研削の際に発生する切粉及びダイヤモンド砥粉の排出が促進されるようになる。

本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の実施例に係る段付穴形成用ドリルについて説明すると、先ず図1は、本発明の実施例における段付穴形成用ドリルを示す斜視図であり、図２は、段付穴形成用ドリルの先端を示す正面図であり、図３は、段付穴形成用ドリルを示す側面図であり、図４は、図２における段付穴形成用ドリルを示すIV−IV縦断側面図である。

図１の符号１は、本発明の適用された実施例におけるダイヤモンドドリルとしての段付穴形成用ドリルであり、この段付穴形成用ドリル１は、先端面と外面にダイヤモンドを着装したダイヤモンド砥石部２と、回転軸として作用する鋼製のシャンク３とで構成されている。

ダイヤモンド砥石部２は略円筒形状を成し、特に図３に示すように、ダイヤモンド砥石部２の先端面の中央部が先方に突出されて突状砥石部４が設けられている。また、略円筒形状を成すダイヤモンド砥石部２の外面が側面砥石部２ａを構成し、ダイヤモンド砥石部２の先端面が正面砥石部２ｂを構成している。

図４にはこの段付穴形成用ドリル１の断面図が示され、シャンク３の軸心及びダイヤモンド砥石部２の内部には、軸心貫通孔６が形成されており、この軸心貫通孔６に連通する縦方向（軸方向）の本実施例における切溝としてのスリット７が突状砥石部４の先端に形成され、図２に示すように、４つのスリット７が十字状になるように突状砥石部４に切り込みが入れられており、これらのスリット７はダイヤモンド砥石部２の軸心貫通孔６に交差され、突状砥石部４を４分割している。

段付穴形成用ドリル１を用いて本実施例における硬脆材料としての板ガラス９が研削される工程について図５から図８を用いて詳述すると、図５は、ダイヤモンド砥石部２が板ガラス９を研削する前の縦断側面図であり、図６は、ダイヤモンド砥石部２が板ガラス９を研削しているときの縦断側面図であり、図７は、板ガラス９の研削残部１０ｂが残厚Ｄとなったときの縦断側面図であり、図８は、ダイヤモンド砥石部２が板ガラス９を貫通したときの縦断側面図である。

図５に示すように、板ガラス９は所定の厚さTを有しており、段付穴形成用ドリル１の突状砥石部４の突出長Lは、板ガラス９の厚さTよりも短くなるように寸法が特定されている（T＞L）。板ガラス９の研削される面には、既に本実施例における貫通穴としての段付穴１０が形成されており、この図５に示すように、段付穴１０の内面には、段付穴１０の中心軸に向かって突出される環状段部１０ａが形成され、この環状段部１０ａの内径は段付穴１０の開口部付近の内径より小さくなっており、このような穴の途中で極端に穴の内径が変化する（小さくなる）穴を本実施例において段付穴と称する。

板ガラス９の段付穴１０は貫通されずに所定の厚みＤ_０を有する研削残部１０ｂが設けられており、この板ガラス９の段付穴１０を貫通させるときには、段付穴１０に上方から段付穴形成用ドリル１を回転させながら挿入する。すると図６に示すように、先ず回転する段付穴形成用ドリル１の突状砥石部４の先端が板ガラス９の研削残部１０ｂに当接する。このとき正面砥石部２ｂは、段付穴１０の環状段部１０ａに当接されておらず、突状砥石部４の先端によって研削残部１０ｂが研削されるようになっている。

そして図６に示すように、研削工程において、段付穴形成用ドリル１の軸心貫通孔６に上方から本実施例における流体としての水が供給されるようになっており、軸心貫通孔６に供給された水は、突状砥石部４の先端に形成されているスリット７から常時排出され、段付穴１０の内面と、ダイヤモンド砥石部２の外面との間に流出されることになり、板ガラス９の研削の際に発生する切粉及びダイヤモンド砥粉を洗い流すことができる。

また、スリット７から水が噴出されることによって、大量の水が過大な抵抗を受けることなく段付穴形成用ドリル１の外部に排出されるようになっており、水流が段付穴１０の内面の研削加工を妨げないとともに、段付穴１０の環状段部１０ａの近傍に直に水流を誘導できるようになっている。

そして図７に示すように、板ガラス９の研削残部１０ｂが所定の残厚Dとなったとき、ダイヤモンド砥石部２の正面砥石部２ｂが、段付穴１０の環状段部１０ａに当接され、環状段部１０ａが研削される。このときダイヤモンド砥石部２の先端から流出された水が、段付穴１０の内面と、ダイヤモンド砥石部２の外面との間に流出されているため、研削の際に発生する切粉及びダイヤモンド砥粉を洗い流しながら研削でき、パーティクルの存在しない滑らかな内面を有する段付穴１０を形成することが可能となっている。

ダイヤモンド砥石部２の正面砥石部２ｂが、段付穴１０の環状段部１０ａに当接された直後、すなわち環状段部１０ａの研磨がほぼ終了した時、図８に示すように、研削残部１０ｂが貫通されるようになっている。段付穴１０が貫通されると、突状砥石部４の先端から流出された水は、板ガラス９の下方に流れ落ちるようになっているが、若干の水が段付穴１０の内面と、ダイヤモンド砥石部２の外面との間に残っているため、段付穴形成用ドリル１の回転によって段付穴１０の内面を研削には支障がない。そして段付穴１０の貫通後直ぐに段付穴形成用ドリル１の回転は停止され、研削作業が終了するようになっている。

図８に示すように、ダイヤモンド砥石部２に突状砥石部４が設けられていることによって、ダイヤモンド砥石部２の全体の形状が、板ガラス９に形成される段付穴１０の形状とほぼ同じ形状となるので、板ガラス９の研削加工が実施し易くなっているとともに、側面砥石部２ａと、正面砥石部２ｂと、突状砥石部４によって、段付穴１０の内面を高い精度の平滑面として形成できるようになっている。

段付穴形成用ドリル１は、研削作業の際に、段付穴形成用ドリル１と板ガラス９との間に相対的な偏心運動を与えて研削することもできるようになっており、次に、段付穴形成用ドリル１の偏心運動について図９から図１２を用いて詳述すると、図９は、偏心運動を与えられた状態で研削しているときの縦断側面図であり、図１１は、図９における段付穴形成用ドリル１を示すXI−XI横断平面図であり、図１０は、板ガラス９の研削残部１０ｂが残厚Ｄとなったときの縦断側面図であり、図１２は、ダイヤモンド砥石部２が板ガラス９を貫通したときの縦断側面図である。

図９に示すように、本実施例における硬脆材料としての所定の厚さＴと有する板ガラス９を研削する際には、段付穴形成用ドリル１のダイヤモンド砥石部２を、板ガラス９に形成された段付穴１０に上方から挿入し、突出長Lを有する突状砥石部４の先端を所定の厚みＤ_０を有する研削残部１０ｂに当接させる。このとき正面砥石部２ｂは、段付穴１０の環状段部１０ａに当接されずに、突状砥石部４の先端によって研削残部１０ｂが研削されるようになっている。

そしてダイヤモンド砥石部２の外面が、段付穴１０の内面の全周に及ぶように当接させるために、段付穴形成用ドリル１を偏心軸（段付穴形成用ドリル１の中心軸であって、段付穴１０の中心軸より偏心した所定位置にある）のまわりに回転または左右振動させながらドリルと板ガラス９とに相対的な偏心運動を与える。

これを図１１により説明すると、ダイヤモンド砥石部２の外面を段付穴１０の周辺に当接させてａ方向に回転させながら、ダイヤモンド砥石部２の外面が段付穴１０の内面の全周に及ぶようにダイヤモンド砥石部２をｂ方向に回転させるように、段付穴形成用ドリル１を運動させればよく、このようにすれば、段付穴形成用ドリル１と板ガラス９とに相対的な偏心運動を伴って研削が進行するため、研削残部１０ｂを研削すると同時に、側面砥石部２ａと突状砥石部４の側面が段付穴１０の内面に当接されるので、段付穴１０の内面をざらつきの無い滑らかな内面にすることができ、かつ段付穴１０の直径はダイヤモンド砥石部２の直径よりも若干大きくなるように形成されるようになっている。

段付穴形成用ドリル１を偏心運動させながら研削することで、ダイヤモンド砥石部２の外面と段付穴１０の内面との間に所定間隔の間隙ｓが形成される。この間隙ｓが形成されることで、段付穴１０の内面にクラック等を生じさせることなく穴開け加工を施すことができる。

更に図９に示すように、板ガラス９を研削する際に、段付穴形成用ドリル１の内部に形成されている軸心貫通孔６に上方から水を供給すると、ダイヤモンド砥石部２のスリット７から水が流出されながら研削されるようになり、流体が過大な抵抗を受けることなく段付穴形成用ドリル１の外部に排出され、段付穴１０の内面とダイヤモンド砥石部２の外面との間の間隙ｓを通って、流体抵抗を受けることなく板ガラス９の外部に流れ出るようになっている。

そして図１０に示すように、板ガラス９の研削残部１０ｂが所定の残厚Dとなったとき、ダイヤモンド砥石部２の正面砥石部２ｂが、段付穴１０の環状段部１０ａに当接され、環状段部１０ａが研削される。このときダイヤモンド砥石部２の先端から流出された水が、段付穴１０の内面と、ダイヤモンド砥石部２の外面との間に流出されているため、研削の際に発生する切粉及びダイヤモンド砥粉を洗い流しながら研削でき、環状段部１０ａを有する段付穴１０の内面を、滑らに形成することができる。そのためパーティクルの存在しない滑らかな内面を有する段付穴１０を形成することが可能となっている。

ダイヤモンド砥石部２の正面砥石部２ｂが、段付穴１０の環状段部１０ａに当接された直後、図１２に示すように、研削残部１０ｂが貫通されるようになっている。段付穴１０が貫通されると、ダイヤモンド砥石部２の先端から流出された水は、板ガラス９の下方に流れ落ちるようになっているが、若干の水が段付穴１０の内面と、ダイヤモンド砥石部２の外面との間に残っているため、段付穴形成用ドリル１の回転と偏心運動によって段付穴１０の内面の研削には支障がない。そして段付穴１０の貫通後直ぐに段付穴形成用ドリル１の回転は停止され、研削作業が終了するようになっている。

段付穴形成用ドリル１を用いて板ガラス９に形成された段付穴１０について図１３を用いて詳述すると、図１３は、板ガラス９に形成した段付穴１０の縦断側面図であり、段付穴１０の内面には、大径内面１０Ｌ、Ｒ面１０Ｒ、段部面１０Ｄ、Ｃ面１０Ｃ、小径内面１０Ｍが形成されており、段付穴形成用ドリル１の研削工程において、大径内面１０Ｌは側面砥石部２ａによって研削され、段部面１０Ｄは正面砥石部２ｂによって研削され、小径内面１０Ｍは突状砥石部４によって研削されるようになっている。

そして、環状段部１０ａにおけるＲ面１０Ｒと、Ｃ面１０Ｃもダイヤモンド砥石部２の形状に合わせて研削されるようになっているので、段付穴１０における大径内面１０Ｌ、Ｒ面１０Ｒ、段部面１０Ｄ、Ｃ面１０Ｃ、小径内面１０Ｍを、パーティクルの存在しない精度の高い滑らかな内面に形成できるとともに、段付穴形成用ドリル１の寸法に合わせて、段付穴１０を所定の寸法に仕上げられるようになっている。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、上記実施例では、硬脆材料としての板ガラスに既に段付穴が形成されており、この段付穴の研削残部を研削して貫通させる際に、段付穴形成用ドリルの突状砥石部によって段付穴の環状段部を研削するようになっていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、段付穴が形成されていない硬脆材料の平板状の板などに、段付穴形成用ドリルを用いて段付穴を形成するようにしてもよい。

尚、上記実施例では、内面に滑らかな平滑面を有する段付穴の研削加工のために段付穴形成用ドリルを使用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、内面に微細な凹凸（ざらつき）を有する段付穴の研削加工にも用いることができる。

また、上記実施例では、正面砥石部の中心部が先方に突出されて突状砥石部が形成されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、突状砥石部が正面砥石部の中心部からずれて形成されていたり、突状砥石部が複数形成されていたり、突状砥石部が多段の段部を有する形状をしていてもよい。

更に、上記実施例では、突状砥石部がスリットによって４分割されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、２分割、５分割、６分割、もしくはそれ以上分割してもよく、より多くのスリットを設けて分割することで軸心貫通孔から流出される流体の量を増やすことができる。

尚、上記実施例では、段付穴形成用ドリルで研削される硬脆材料として板ガラスを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、セラミックや陶器や石材やコンクリートなどのその他の硬脆材料の研削にも用いることができる。

また、上記実施例では、段付穴が形成される対象として板ガラスを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、段付穴が形成される対象として、例えば、照明器具等に用いられるガラスで構成された御碗型の反射鏡などがあり、このような反射鏡に電球を挿設させるためのセンターホールを形成する際に、このセンターホールを段付穴形状に加工する場合がある。本発明の段付穴形成用ドリルは、このような照明器具の反射鏡のセンターホールを形成する際にも使用できる。

本発明の実施例における段付穴形成用ドリルを示す斜視図である。 段付穴形成用ドリルの先端を示す正面図である。 段付穴形成用ドリルを示す側面図である。 図２における段付穴形成用ドリルを示すIV−IV縦断側面図である。 ダイヤモンド砥石部が板ガラスを研削する前の縦断側面図である。 ダイヤモンド砥石部が板ガラスを研削しているときの縦断側面図である。 板ガラスの研削残部が残厚Ｄとなったときの縦断側面図である。 ダイヤモンド砥石部が板ガラスを貫通したときの縦断側面図である。 偏心運動を与えられた状態で研削しているときの縦断側面図である。 板ガラスの研削残部が残厚Ｄとなったときの縦断側面図である。 図９における段付穴形成用ドリルを示すXI−XI横断平面図である。 ダイヤモンド砥石部が板ガラスを貫通したときの縦断側面図である。 板ガラスに形成した段付穴の縦断側面図である。

符号の説明

１ 段付穴形成用ドリル（ダイヤモンドドリル）
２ ダイヤモンド砥石部
２ａ 側面砥石部
２ｂ 正面砥石部
３ シャンク
４ 突状砥石部
６ 軸心貫通孔
７ スリット（切溝）
９ 板ガラス（硬脆材料）
１０ 段付穴（貫通穴）
１０ａ 環状段部
１０ｂ 研削残部
１０Ｃ Ｃ面
１０Ｄ 段部面
１０Ｌ 大径内面
１０Ｍ 小径内面
１０Ｒ Ｒ面

Claims (3)

1. 側面砥石部と、正面砥石部と、該正面砥石部の先端に突設された突状砥石部と、から成るダイヤモンド砥石部を、シャンクの先端に備えるとともに、流体が供給される軸心貫通孔を有するダイヤモンドドリルであって、該ダイヤモンドドリルを使用して、硬脆材料に環状段部を有する貫通穴を形成する際に、少なくとも所定の残厚Dが前記硬脆材料に残された状態で、前記正面砥石部が前記硬脆材料を研削して前記環状段部を形成するように、前記硬脆材料と前記ダイヤモンドドリルの形状に関する寸法が特定されていることを特徴とする段付穴形成用ドリル。
2. 前記軸心貫通孔に連通する縦方向の切溝が、前記突状砥石部に形成されている請求項１に記載の段付穴形成用ドリル。
3. 前記ダイヤモンドドリルと前記硬脆材料との間に偏心運動を与える請求項１または２に記載の段付穴形成用ドリル。

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