JP2008296321A - 穴開け用工具およびこれを用いた加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の穴開け用工具は、先端面に固定された超硬質砥粒のうち一部分のみに負荷がかかり、その部分の砥粒が剥がれ工具寿命に達してしまうという問題、寿命に達した工具に残った砥粒はまだあまり摩耗していないにもかかわらず廃棄せざるを得ないという問題があった。
【解決手段】少なくとも一方端を凸曲面２０とした柱状体１６と、少なくとも前記凸曲面２０に固定した砥粒１４とを有する穴開け用工具１０であって、前記凸曲面２０は前記柱状体１６の直径Ａよりも曲率直径Ｂが大きいこと。
【選択図】図１

Description

本発明は被加工物を削る穴開け用工具に関するものである。

セラミックス焼結体のような硬くて脆い材料の穴開け加工は、柱状の基体の先端面に超硬質砥粒を固着した穴開け用工具を使用して行われている。

また、穴開け加工方法としては、穴開け方向に対して一定速度で仕上げ寸法まで穴開け用工具を直行させる方法、穴開けの進行方向に対して螺旋軌道を描きながら加工する方法（ヘリカル補間パス）などがある。

従来、公用されている穴開け用工具は、基体先端を半球または平面形状とし、先端面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。

加えて先端面には、研削加工屑の排出と研削点の冷却を促し工具寿命を向上させるため、溝や切欠き形状を入れている。

また、上記目的をさらに満たすため、先端面へ研削液を突出させるための内孔を有しているものがある。

例えば、特許文献１には、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、先端面３２２であり、かつ開口する内孔３１８を有し、先端面３１２に砥粒３１４を固定した穴開け用工具３１０が記載されている。研削液は、内孔３１８から噴出される。

図８（ａ）は、先端面３２０を平面視した平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の穴開け用工具の回転軸およびX−X’線を通る断面の断面図である。

また、特許文献２には、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、先端面１２２が半球体１２０で、その曲率直径が円柱状回転体１１６の直径よりも小さい穴開け用工具１１０が記載されている。
特開２００２−０６６２９７号公報 特開２００３−２０５４１０号公報

特許文献１の穴開け用工具は、被加工物に対して直交させて穴開け加工を行う直行パスの場合、先端面にある超硬質砥粒が破砕、破損によって剥がれ易いので、長時間穴開け加工ができないという問題があった。また、ヘリカル補間パスによって穴開け加工を行う場合、先端面にある超硬質砥粒のうち周辺部の砥粒が破砕、破損によって剥がれ易いので長時間穴開け加工ができないという問題があった。

特許文献２の穴開け用工具は、直行パス、ヘリカル補間パスのどちらにおいても先端面中央部の砥粒にかかる負荷が大きいため、砥粒が剥がれて工具寿命が短くなるという問題があった。

上記に鑑みて本発明は、少なくとも一方端を凸曲面とした柱状体と、少なくとも前記凸曲面に固定した砥粒とを有する穴開け用工具であって、前記凸曲面は前記柱状体の直径よりも曲率直径が大きいことを特徴とする。

さらに、前記柱状体の長手方向に形成されるとともに、前記凸曲面に開口した内孔を有することを特徴とする。

さらに、上記凸曲面の中心から前記柱状体の側面まで達する溝を有することを特徴とする。

さらに、前記内孔が前記凸曲面の中心を含んでなることを特徴とする。

さらに、前記溝の幅が、前記凸曲面の外周側に向けて大きくなることを特徴とする。

さらに、前記柱状体の直径をＡ、前記凸曲面の突出長さをＢとするとき、Ｂ／（２Ａ）が０．０２〜０．２であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の穴開け用工具。

上記穴開け用工具の長手方向を軸として自公転させ、前記凸曲面によって被加工物を削ることを特徴とする。

本発明によれば、ヘリカル補間パスにより加工を行う時に、先端面にある砥粒の個々の仕事量を等しくし、工具先端面全体の摩耗をどこでも同じにすることができる。その結果、工具から一部分のみの砥粒が剥がれ落ちることを抑制できるため、長時間穴開け加工しても先端面の砥粒が柱状体から剥離しにくい穴開け用工具とすることができる。

さらに、研削加工している工具先端面の冷却が行われるため、研削時に発生した熱による砥粒の摩滅摩耗が抑制されさらに長時間穴開け加工可能な穴開け用工具とすることができる。

さらに、加工屑の排出が容易になり、また工具先端面の冷却も行われる。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、さらに長時間穴開け加工しても、先端面の砥粒が柱状体から剥離しにくい穴開け用工具とすることができる。

さらに、より効率的に加工しているところに研削液を供給することができ、さらに長時間穴開け加工可能な穴開け用工具とすることができる。

さらに、前記先端面の中心側に溝を形成した場合でも中心側にある砥粒の数を増やすことが可能となるので、長時間穴開け加工しても先端面の砥粒がさらに剥離しにくい穴開け用工具とすることができる。

さらに、工具先端面の単位面積当たりの加工量がほぼ等しくなるので、その結果、特に長時間穴開け加工しても砥粒が剥離しにくい穴開け用工具とすることができる。

さらに、個々の砥粒の加工量を略等しくすることができ、その結果、特に長時間穴開け加工しても砥粒が剥離しにくい加工方法とすることができる。

本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１（ａ）は、本発明の穴開け用工具の先端面を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の穴開け用工具の回転軸を通り、かつＸ−Ｘ’線断面を示す断面図である。

図２（ａ）は本発明の穴開け用工具の他の実施形態を示す先端面の平面図、（ｂ）は（ａ）の穴開け用工具の回転軸を通り、かつＸ−Ｘ’線断面を示す断面図である。

図３（ａ）は本発明の穴開け用工具の他の実施形態を示す先端面の平面図、（ｂ）は（ａ）の穴開け用工具の回転軸を通り、かつＹ１−Ｙ１’線断面を示す断面図、（ｃ）は（ａ）の穴開け用工具の回転軸を通り、かつＹ２−Ｙ２’線断面を示す断面図である。

本発明の穴開け用工具は、少なくとも一方端を凸曲面とした柱状体と、少なくとも前記凸曲面に固定した砥粒とを有する穴開け用工具であって、前記凸曲面は前記柱状体の直径よりも曲率直径が大きいことが重要である。

先端面２２に砥粒１４を固定した柱状体１６であって、前記先端面２２が凸曲面２０であり、前記凸曲面２０は、前記柱状体１６の長手方向が高さ方向、前記柱状体の長手方向に直交する方向が直径方向である。これによって、穴開けの進行方向に対して螺旋軌道を描きながら加工する場合、先端面２２に固定されている個々の砥粒１４がほぼ同じ量の加工をすることになる。その結果、一部の砥粒に加工が集中し工具寿命が短くなるという事態を避けることができるため、長時間の穴開けが可能な穴開け用工具１０とすることができる。

柱状体１６の材質は工具鋼、砥粒１４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１４は電着によりＮｉなどの結合材と共に柱状体１６の先端面１２に固着されている。なお、砥粒１４を先端面１２に固定する結合材が公知であるレジン、メタル、ビトリファイドであっても本発明の範囲を逸脱するものではない。

本発明の穴開け用工具は、前記柱状体の長手方向に形成されるとともに、前記凸曲面に開口した内孔を有するものであることが好ましい。

柱状体１６の先端面２２に開口した内孔１８を有していることにより、加工しているところへの研削液の供給がスムーズに行われ、砥粒１４の摩耗を抑えることができ、さらに長時間加工可能な穴開け用工具１０とすることができる。

本発明の穴開け用工具は、上記凸曲面の中心から前記柱状体の側面まで達する溝を有することが好ましい。

先端面２２の中心を含んで少なくとも一方向の外周縁部まで延びる溝２４を有することにより、加工屑の排出および加工している所の冷却が行われ、砥粒１４の摩耗を抑えることができ、さらに長時間加工可能な穴開け用工具１０とすることができる。

本発明の穴開け用工具は、前記内孔が前記凸曲面の中心を含んでなることが好ましい。

前記内孔１８は先端面２２の中心に開口していることより、工具先端面１２に研削液が偏り無く供給され、砥粒１４の一部が冷却不足により摩耗が激しくなる場合や、加工屑の排出がされず砥粒に異常な負荷がかかり摩耗が激しくなることがなくなり、さらに長時間加工可能な穴開け用工具１０とすることができる。

本発明の穴開け用工具は、前記溝の幅が、前記凸曲面の外周側に向けて大きくなることが好ましい。

図４に示すように、溝２４は中心側で狭くなっていることによって、砥粒１４の絶対数が少ない中心側で固定できる砥粒１４の個数を増やすことができ、固定のばらつきなどで中心側の一部の砥粒が剥がれやすい状態であっても、増やした分の砥粒で加工を行うことができるので、工具間の寿命ばらつきが少ない穴開け用工具１０とすることができる。

本発明の穴開け用工具は、前記柱状体の直径をＡ、前記凸曲面の曲率直径をＢとするとき、Ｂ／Ａが０．０２−０．２であることが好ましい。

穴開け用工具１０は、先端面２２を平面視したときの直径をＡ、柱状体１６の長手方向に直交する方向から柱状体１６を平面視したときの凸曲面２０の曲率直径をＢとしたとき、Ｂ／（２Ａ）は０．０２−０．２であることが好ましい。

Ｂ／（２Ａ）が０．０１以上であれば、先端面１２は平面よりも実質的に凸曲面の形状となり、全面にかかる負荷が均一になりやすい。Ｂ／（２Ａ）が０．２以下であれば、中心に近い砥粒にのみ高負荷がかかることを低減でき、工具寿命が短くなるおそれがある。

穴開け用工具の長手方向を軸として自公転させ、前記凸曲面によって被加工物を削ることが好ましい。

図５は、穴開け用工具１０を使用するときに最適な軌道を示している。得られる被加工物の穴径はＣである。円柱状体１６が自転すると共に、穴開け方向に対して直交する平面内で公転し、かつ穴開け方向に一定速度で直交し、全体として螺旋軌道２６を描きながら穴開け加工を行う。これによって、穴開け用工具１０の先端面２２に固定された砥粒１４にかかる負荷の微調整を行うことができ、長時間加工可能な穴開け用工具１０とすることができる。

次のようにして穴開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は表１に示す。

柱状体１６としては、材質は工具鋼とした。サイズは外径１０ｍｍ、長さ７０ｍｍとした。

砥粒１４としては、柱状体の先端面２２と、先端面側から１０ｍｍまでの範囲にある側面とに、ＪＩＳＢ４１３０（１９８２年）で規定された粒度＃１００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＃１００のダイヤモンド砥粒を入れ、柱状体１６の先端面１２をこのメッキ液に浸漬させた状態で、柱状体１６にＮｉメッキをかけると同時に、柱状体１６に形成されたＮｉメッキ内にダイヤモンド砥粒を砥粒１４として固着させる方法とした。

被加工物としては、厚み１０ｍｍの純度９９．５質量％アルミナ質焼結体を使用した。

穴開け加工機としては、グラインディングセンタを使用した。

加工条件としては、穴開け用工具１０を図５に示すような螺旋軌道に沿って動かした。穴開け用工具１０の回転数は１分間に５０００回転、穴開け用工具１０の、螺旋軌道に沿った送り速度を３００ｍｍ／分とした。加工する穴の深さは１０ｍｍとし、穴開け用工具１０の先端面２２の固定された砥粒が剥がれて、メッキ下の台金が露出する１つ前までの加工穴数を加工可能な穴数とした。内孔のない穴開け用工具１０については、穴開け加工中に、研削液（錆止め剤と界面活性剤を添加した水）を穴開け用工具１０と被加工物に流した。内孔１８を有する穴開け用工具１０については、穴開け加工中に内孔１８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。

以下結果を表１に示す。

本発明の穴開け用工具１０（試料Ｎｏ．１〜９）を使用して穴開け加工すると、加工可能な穴数は１８７−２３１個となり、多数の穴開け加工が可能であった。特に、試料Ｎｏ．６〜８は加工可能な穴数が２２７〜２３１個となり、特に優れていた。

先端面に開口した内孔を有する試料（例：Ｎｏ．７）は加工可能な穴数が２３１個、内孔がない試料（Ｎｏ．１）は加工可能な穴数が１８７個であった。

先端面の中心から側面まで延びる溝２４を有する試料（例：Ｎｏ．７）は加工可能な穴数が２３１個、溝がない試料（Ｎｏ．２）は加工可能な穴数が２０５個であった。

内孔が先端面の中心に開口している試料Ｎｏ．７は、加工可能な穴数が２３１個、内孔が中心に開口していない試料Ｎｏ．３は加工可能な穴数が２０９個であった。

溝２４の幅が中心部付近で狭くなっている試料Ｎｏ．７は加工可能な穴数が２３１個、中心部付近でも溝幅が変わらない試料Ｎｏ．４は加工可能な穴数が２１３個であった。

Ｂ／（２Ａ）の値が０．０２〜０．２の試料Ｎｏ．６からＮｏ．８は加工可能な穴数がそれぞれ２２８個、２３１個、２２７個、比が０．０２未満または０．２より大きい試料Ｎｏ．５およびＮｏ．９は加工可能な穴数がそれぞれ２２０個、２１６個であった。

本発明の穴開け用工具は、内孔の有無については特に試料Ｎｏ．１，７から内孔があることが好ましく、溝の有無については特に試料Ｎｏ．２，７から溝があることが好ましく、内孔１８の位置については特に試料Ｎｏ．３，７から中心にあることが好ましく、溝２４の幅については特に試料Ｎｏ．４，７から中心部付近で狭いことが好ましく、Ｂ／（２Ａ）の値については特に試料Ｎｏ．５，６，７，８，９から０．０２〜０．２の範囲であることが好ましいとわかった。

次に比較例として本発明の範囲外の穴開け用工具を、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。

試料Ｎｏ．１０は試料Ｎｏ．２と同様に工具は作成し、加工方法を直行としたものである。試料Ｎｏ．１１は図７に示した穴開け用工具である。試料Ｎｏ．１２は図６に示した穴開け用工具である。

比較例である試料Ｎｏ．１０〜１２は、加工可能な穴数がそれぞれ７５個、１４７個、２９個となり、本発明の穴開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。

（ａ）は、本発明の穴開け用工具の先端面を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の穴開け用工具の回転軸を通り、かつＸ−Ｘ’線に垂直な断面を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の穴開け用工具の他の実施形態の先端面を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の穴開け用工具の回転軸を通り、かつＸ−Ｘ’線に垂直な断面を示す断面図である。 （ａ）は本発明の穴開け用工具の他の実施形態の先端面の平面図、（ｂ）は（ａ）の穴開け用工具の回転軸を通り、かつＹ１−Ｙ１’線断面を示す断面図、（ｃ）は（ａ）の穴開け用工具の回転軸を通り、かつＹ２−Ｙ２’線断面を示す断面図である。 は本発明の穴開け用工具の他の実施形態の先端面の平面図である。 は本発明の穴開け用工具を使用するときに最適な軌道である。 （ａ）は従来の他の穴開け用工具の先端面を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の穴開け用工具の回転軸およびＸ−Ｘ’線断面の断面図である。 （ａ）は従来の他の穴開け用工具の先端面を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の穴開け用工具の回転軸およびＸ−Ｘ’線断面の断面図である。 （ａ）は従来の他の穴開け用工具の先端面を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の穴開け用工具の回転軸およびＸ−Ｘ’線断面の断面図である。

符号の説明

１０，１１０，２１０，３１０：穴開け用工具
１４，１１４，２１４，３１４：砥粒
１６，１１６，２１６，３１６：柱状体
１８，２１８，３１８：内孔
２０：凸曲面
１２０：半球体
３２０：平面
２２，１２２，２２２，３２２：先端面
２４：溝
Ａ：直径
Ｂ：曲率直径
Ｃ：穴径

Claims (7)

1. 少なくとも一方端を凸曲面とした柱状体と、少なくとも前記凸曲面に固定した砥粒とを有する穴開け用工具であって、前記凸曲面は前記柱状体の直径よりも曲率直径が大きいことを特徴とする穴開け用工具。
2. 前記柱状体の長手方向に形成されるとともに、前記凸曲面に開口した内孔を有することを特徴とする請求項１に記載の穴開け用工具。
3. 前記凸曲面の中心から前記柱状体の側面まで達する溝を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の穴開け用工具。
4. 前記内孔が前記凸曲面の中心を含んでなることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の穴開け用工具。
5. 前記溝の幅が、前記凸曲面の外周側に向けて大きくなることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の穴開け用工具。
6. 前記柱状体の直径をＡ、前記凸曲面の突出長さをＢとするとき、Ｂ／（２Ａ）が０．０２〜０．２であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の穴開け用工具。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の穴開け用工具の長手方向を軸として自公転させ、前記凸曲面によって被加工物を削ることを特徴とする加工方法。

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