JP2014024121A - 超砥粒工具およびこれを用いたワークに穿孔する方法ならびに円柱体を切り出す方法 - Google Patents

Abstract

【課題】追加で仕上げ加工を必要としない、高精度な円柱の加工が可能な超砥粒工具を提供することを目的とする。
【解決手段】超砥粒工具１０は、穿孔側に開口を有する円筒状の台金３０と、円筒状の台金３０の先端部３１に切れ刃として超砥粒を結合材で結合した超砥粒層２０を備え、超砥粒層２０の少なくとも工作物に接触する内周面の振れ精度は、２０μｍ以内である。台金３０の一端側に開口が設けられ、他方端側に底部５０が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、超砥粒工具およびこれを用いた穿孔加工法（ワークに穿孔する方法）ならびに円柱加工法（円柱体を切り出す方法）に関する。

従来のこの種の工具としては、円筒状の台金の先端部に超砥粒層を設けた超砥粒工具が知られている（例えば、特許文献１〜３）。

なお、これら先行技術の超砥粒工具では、穿孔加工のみを目的として開発されたものである。追加で仕上げ加工を必要としない、高精度な円柱状の工作物を加工することが可能な超砥粒工具を、本出願人は了知していない。

特開２００６−０９６０４８号公報 特開平９−１９２９１２号公報 特開平８−２６０８６３号公報

しかしながら、従来の超砥粒工具で穿孔加工および円柱加工を行うと、穿孔された孔の内面および円柱状工作物にスクラッチ傷が発生する問題が発生した。さらに、加工の途中で円柱状工作物にクラックが発生し、さらには工作物が損傷したり割れたりする問題も発生した。

そこで、この発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、追加で仕上げ加工を必要としない、高精度な円柱の加工が可能な超砥粒工具を提供することを目的とするものである。

この発明に従った超砥粒工具は、先端部が開口した円筒状の台金と、台金の先端部に設けられた超砥粒層とを備え、超砥粒層は、内周面、先端面および外周面を有し、超砥粒層の少なくとも工作物に接触する内周面の振れ精度は、２０μｍ以内である。

このように構成された超砥粒工具では内周面の振れ精度が２０μｍ以内であるため、工作物を精度よく加工して高精度の円柱の加工が可能となる。

好ましくは、超砥粒層の少なくとも工作物に接触する外周面、および少なくとも工作物に接触する先端面の振れ精度は、それぞれ２０μｍ以内である。

好ましくは、外周面、内周面および先端面の少なくとも工作物に接触する表面はそれぞれがドレッシングされている。

好ましくは、外周面と先端面のコーナー部および内周面と先端面とのコーナー部には、それぞれ面取りまたは丸みが設けられている。

好ましくは、超砥粒層はチップ状である。
好ましくは、チップの先端面は円弧状である。

この発明に従った、工作物に穿孔する方法は、上記のいずれかに記載の超砥粒工具を用いて、ガラス、光学ガラス、石英ガラス、セラミックス、シリコン、サファイヤ、単結晶炭化ケイ素および窒化ガリウムからなる群より選択された少なくとも一種の工作物に穿孔する方法である。

好ましくは、穿孔深さが５０ｍｍ以上である。
この発明に従った、円柱体を切り出す方法は、上記のいずれかに記載の超砥粒工具を用いて、ガラス、光学ガラス、石英ガラス、セラミックス、シリコン、サファイヤ、単結晶炭化ケイ素および窒化ガリウムからなる群より選択された少なくとも一種の工作物から台金内に円柱体を切り出す方法である。

好ましくは、円柱体の高さが５０ｍｍ以上である。

この発明の実施の形態１に従った超砥粒工具の正面図である。 この発明の実施の形態１に従った超砥粒工具の平面図である。 この発明の実施の形態１に従った超砥粒工具の底面図である。 図２中のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 図４中のＶ−Ｖ線で囲んだ部分の拡大図である。 この発明の実施の形態１に従った超砥粒工具の斜視図である。 超砥粒層の内周面および外周面で形成される円を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付す。

図１は、この発明の実施の形態１に従った超砥粒工具の正面図である。図２は、この発明の実施の形態１に従った超砥粒工具の平面図である。図３は、この発明の実施の形態１に従った超砥粒工具の底面図である。図４は、図２中のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図５は、図４中のＶ−Ｖ線で囲んだ部分の拡大図である。図６は、この発明の実施の形態１に従った超砥粒工具の斜視図である。図７は、超砥粒層の内周面および外周面で形成される円を示す図である。

これらの図を参照して、超砥粒工具１０は、先端部３１が開口した円筒状の台金３０と、台金３０の先端部３１に超砥粒を結合材で結合した超砥粒層２０を備え、超砥粒層２０の少なくとも工作物に接触する内周面２１の振れ精度は、２０μｍ以内である超砥粒工具１０である。台金３０の一端側に開口３２が設けられ、他方端側に底部５０が設けられている。

超砥粒層２０の少なくとも工作物に接触する内周面２１の振れ精度は２０μｍ以内であるので、この超砥粒工具１０によって加工された円柱状工作物の外周側は、チッピングが小さく、追加の仕上げ加工を必要としない、滑らかで良好な表面粗さが得られる。

振れ精度は、２０μｍ以内であって、ゼロμｍに近いほどより好ましい。振れ精度は、ＪＩＳ Ｂ−４１３１の表２７「ホイール作用面の振れの測定」に従って測定する。測定器具として、ＪＩＳ Ｂ−７５０３のダイヤルゲージを用いることができる。

振れ精度が２０μｍを超えるときは、チッピングが大きくなり、表面粗さも粗くなるので、追加の仕上げ加工を必要とする場合がある。

超砥粒工具１０は、超砥粒層２０の少なくとも工作物に接触する外周面２３、および少なくとも工作物に接触する先端面２２の振れ精度は、それぞれ２０μｍ以内である超砥粒工具１０である。

超砥粒層２０の少なくとも工作物に接触する外周面２３、および少なくとも工作物に接触する先端面２２の振れ精度はそれぞれ２０μｍ以内であるので、この超砥粒工具１０によって加工された円柱状工作物だけでなく、穿孔加工後における孔の内面に関してもチッピングが小さく、追加の仕上げ加工を必要としない、良好な表面粗さが得られる。

振れ精度は、２０μｍ以内であって、ゼロμｍに近いほどより好ましい。超砥粒層２０の内周面２１および外周面２３はともに円筒面、先端面２２は円弧状の平面である。

振れ精度が２０μｍを超えるときは、チッピングが大きくなり、表面粗さも粗くなるので、追加の仕上げ加工を必要とする場合がある。

超砥粒工具１０は、外周面２３、内周面２１および先端面２２の少なくとも工作物に接触する表面は、それぞれがドレッシングされている超砥粒工具１０である。

超砥粒層２０の表面全体をドレッシングする必要はない。外周面２３、内周面２１および先端面２２の少なくとも工作物に接触する表面は、それぞれがドレッシングされていることが好ましい。

超砥粒工具１０は、外周面２３と先端面２２のコーナー部および、内周面２１と先端面２２のコーナー部には、それぞれ半径Ｒ２およびＲ１の丸みが設けてある超砥粒工具１０である。丸みは面取りに置き換えられてもよい。

外周面２３と先端面２２のコーナー部および、内周面２１と先端面２２のコーナー部にそれぞれ半径Ｒ２およびＲ１の丸みまたは面取りが設けてあることにより、いっそうチッピングが小さくなり、細かい表面粗さが得られる効果が期待できる。

なお、丸みは、Ｒ１およびＲ２ともに０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。
好ましくは、超砥粒工具１０の超砥粒層２０は、チップ状である。なお、チップ状であれば、チップの形状には特に制限されない。図５では側面２５は曲面状であるが、側面２５が平面状であってもよい。

さらに超砥粒工具１０を用いて、ガラス、光学ガラス、石英ガラス、各種セラミックス、シリコン、サファイヤ、単結晶炭化ケイ素および窒化ガリウム等の穿孔加工および円柱加工する方法を提供する。なお、工作物の材質に、特に限定されることはなく、他の材質であっても適用可能である。

超砥粒工具１０によれば、ガラス、各種セラミックス、シリコン、サファイヤ、単結晶炭化ケイ素、窒化ガリウム等の工作物にスムーズな穿孔加工および円柱加工が可能である。

図７で示されるように、複数の内周面２１が内周円２６を形成し、複数の外周面２３が外周円２７を形成し、それぞれの直径はＤ１およびＤ２である。

（実施例１）
以下のような本発明の実施例１の超砥粒工具を製作して、本発明の効果を実験により確認した。

穿孔側が開口した円柱状の鋼製の台金３０で、サイズは、内周面３９の直径が１４２ｍｍ、外周面３８の直径が１４６ｍｍ、開口部長さ３５０ｍｍを準備した。この台金３０の先端部３１にメタルボンドでダイヤモンド砥粒を結合した超砥粒層２０からなるチップを８個、ロウ付けで接合した。チップのダイヤモンド粒度は＃１００、とした。

それから、このチップ表面の内周面２１、外周面２３および先端面２２をＧＣ砥石により、ツルーイング・ドレッシングして、超砥粒層２０の外周円２７の直径（外径Ｄ２）を１４８ｍｍ、内周円２６の直径（内径Ｄ１）を１４０ｍｍに仕上げ、本発明の実施例１の超砥粒工具１０（図１参照）を完成させた。ツルーイング・ドレッシングはチップ表面の工作物に接する部位に限定して実施した。完成後の内周面２１、外周面２３および先端面２２の工作物に接触する部位の振れ精度は１５μｍであった。

次に、本発明の実施例１の超砥粒工具を立型ロータリーテーブル方式の加工機に搭載し、工作物として、厚みが１００ｍｍのセラミックスを用い、これに穿孔加工実験を行った。超砥粒工具の回転数は毎分３０００回転とした。

実験の結果、工作物が破損すること無く、連続研削を実施することができた。加工によりくり抜かれた円柱状工作物の加工精度を測定したところ、円筒度１０μｍ以下であった。表面粗さは１μｍＲａ以下であり、目視で工作物にはスクラッチ（引っ掻き傷）は観察されなかった。

（比較例１）
比較例１では、チップ表面の内周面はツルーイング・ドレッシングを実施していない。それ以外は実施例１と同じ仕様とした。少なくとも工作物に接触する外周面２３、内周面２１および先端面２２の部分の振れ精度は約２００μｍであった。

この比較例１の超砥粒工具１０を実施例１と同じ条件で実験した結果、加工開始と同時に振動発生があり、孔の内面および円柱状工作物には、目視で確認できるスクラッチ傷が確認できた。さらに、円柱状工作物にはクラック発生も確認できた。

（実施例２）
以下のような本発明の実施例２の超砥粒工具を製作して、本発明の効果を実験により確認した。

穿孔側が開口した円柱状の鋼製の台金３０で、サイズは、内周面３９の直径（内径）が１００ｍｍ、外周面３８の直径（外径）が１０６ｍｍ、開口部長さ３００ｍｍを準備した。この台金３０の先端部３１にメタルボンドでダイヤモンド砥粒を結合した超砥粒層２０からなるチップを８個、ロウ付けで接合した。チップのダイヤモンド粒度は＃８０、とした。

次に、このチップ表面の内周面２１、外周面２３および先端面２２をＧＣ砥石により、ツルーイング・ドレッシングして、超砥粒層２０の外周円２７の直径（外径Ｄ２）を１０８ｍｍ、内周円２６の直径（内径Ｄ１）を９８ｍｍに仕上げた。次に、外周面２３と先端面２２のコーナー部および、内周面２１と先端面２２のコーナー部には、それぞれ概略で、Ｒ１およびＲ２が０．５ｍｍとなるように丸み加工を施した。ツルーイング・ドレッシングはチップ表面の工作物に接する部位に限定して実施した。完成後の内周面２１、外周面２３および先端面２２の工作物に接触する部位の振れ精度は２０μｍであった。

次に、本発明の実施例２の超砥粒工具１０を立型ロータリーテーブル方式の加工機に搭載し、工作物として、石英ガラスを用い、これに穿孔加工実験を行った。超砥粒工具１０の回転数は毎分３０００回転とした。

実験の結果、工作物が破損すること無く、連続研削を実施することができた。加工によりくり抜かれた円柱状工作物の加工精度を測定したところ、円筒度は１５μｍ以下であった。表面粗さは２μｍＲａ以下であり、目視で工作物にはスクラッチ（引っ掻き傷）は観察されなかった。

（比較例２）
比較例２では、チップ表面の内周面はツルーイング・ドレッシングを実施していない。それ以外は実施例２と同じ仕様とした。少なくとも工作物に接触する外周面２３、内周面２１および先端面２２の部分の振れ精度は約２００μｍであった。

この比較例２の超砥粒工具１０を実施例２と同じ条件で実験した結果、加工開始と同時に振動発生があり、孔の内面および円柱状工作物には、目視で確認できるスクラッチ傷が確認できた。さらに、円柱状工作物にはクラック発生も確認できた。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、ガラス、各種セラミックス、シリコン、サファイヤ、単結晶炭化ケイ素、窒化ガリウム等の穿孔加工に用いられることが考えられる。

１０ 超砥粒工具、２０ 超砥粒層、２１，３９ 内周面、２２ 先端面、２３，３８ 外周面、２５ 側面、３０ 台金、３１ 先端部、３２ 開口、５０ 底部。

Claims (10)

1. 先端部が開口した円筒状の台金と、
   前記台金の先端部に設けられた超砥粒層とを備え、
   前記超砥粒層は、内周面、先端面および外周面を有し、
   前記超砥粒層の少なくとも工作物に接触する前記内周面の振れ精度は、２０μｍ以内である、超砥粒工具。
2. 前記超砥粒層の少なくとも工作物に接触する前記外周面、および少なくとも工作物に接触する前記先端面の振れ精度は、それぞれ２０μｍ以内である、請求項１に記載の超砥粒工具。
3. 前記外周面、前記内周面および前記先端面の少なくとも工作物に接触する表面はそれぞれがドレッシングされている、請求項１または２に記載の超砥粒工具。
4. 前記外周面と前記先端面のコーナー部および前記内周面と前記先端面とのコーナー部には、それぞれ丸みまたは面取りが設けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載の超砥粒工具。
5. 前記超砥粒層はチップ状である、請求項１から４のいずれか１項に記載の超砥粒工具。
6. 前記チップの先端面は円弧状である、請求項５に記載の超砥粒工具。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の超砥粒工具を用いて、ガラス、光学ガラス、石英ガラス、セラミックス、シリコン、サファイヤ、単結晶炭化ケイ素および窒化ガリウムからなる群より選択された少なくとも一種の工作物に穿孔する方法。
8. 穿孔深さが５０ｍｍ以上である、請求項７に記載の工作物に穿孔する方法。
9. 請求項１から６のいずれか１項に記載の超砥粒工具を用いて、ガラス、光学ガラス、石英ガラス、セラミックス、シリコン、サファイヤ、単結晶炭化ケイ素および窒化ガリウムからなる群より選択された少なくとも一種の工作物から台金内に円柱体を切り出す方法。
10. 円柱体の高さが５０ｍｍ以上である、請求項９に記載の円柱体を切り出す方法。

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