JP2015047868A - 冷却剤 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイヤモンド粒子から構成された刃先を持つダイヤモンドコアビットにより磁器タイル、大理石、コンクリートなどに穿孔する場合の刃先部の冷却を、水をかけずに行う。
【解決手段】冷却剤を刃先部に付着し、穿孔を行う。この冷却剤は、少なくともパラフィンやワセリンなどのパラフィン系炭化水素とポリエチレングリコール又はポリエチレンオキシドを含む、常温で固体状またはゲル状または軟膏状または高粘度の液体状のものとする。パラフィン系炭化水素、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシドは、いずれも比熱が高く、かつ水の沸点である１００℃では気化して発散してしまう割合が少ないので、穿孔中もコアビット１に付着してコアビットの熱を奪うため、コアビットの昇温を抑制する性能は水を使用した場合より優れ、かつ、水を使わないので作業性も大幅に改善する。
【選択図】図１

Description

電動工具や工作機械にダイヤモンド粒子が含まれた刃先を持つコアビットを装着して、主として磁器タイル、大理石、コンクリートなどの被穿孔材に穿孔する時に使用する冷却剤に関する。

磁器タイル、大理石、コンクリートなどで出来ている床、壁、天井などの被穿孔材に、物を固定するボルトや配管を通す孔などを穿孔する時は、穿孔の衝撃で被穿孔材が破損しないよう、また穿孔中に発生する騒音を極力抑制するよう、ダイヤモンド粒子が固着されたコアビットを電動工具などに装着し、打撃や振動などの運転モードではなく、回転モードを使い、コアビットを高速回転して研削穿孔することが多い。
この時に用いられるコアビットは、一般的には、金属の母体に、人造ダイヤモンド粒子を金属ボンドで付着してから真空炉中で加熱固着するか、メッキ法を使って、人造ダイヤモンド粒子を母体表面に固着する、などして製作される。

コアビットによる穿孔は、切削ではなく研削で行われるが、穿孔される被穿孔材、言い換えると被研削材、とコアビットが回転接触している面で摩擦熱が発生し、コアビットは高温になる。すると、コアビットの母体の金属が軟化し、穿孔時に発生する僅かな振動や衝撃などで破損したり、ダイヤモンド粒子を固着している金属ボンドやメッキ材が酸化、軟化、などの劣化を起こしてダイヤモンド粒子がコアビットから離脱したり、ダイヤモンド粒子が炭化したりして、穿孔が不可能になる。これを防ぐため、ダイヤモンド粒子が固着されたコアビットを用いた研削穿孔は、水中で行うか、ポンプなどで圧送された水を常時流し続けて水中と同じような環境を確保して行うことが一般的である。

しかし、水を張って、その中に被研削材を完全に浸した状態で研削穿孔できるケースは稀で、通常は、ポンプなどで水をコアビット先端部付近に供給し続け、水中と同じ冷却条件を確保しながら穿孔することになる。言い換えると、ホースから放出される水道水を穿孔部にかけながら穿孔する状態、を維持することが必要である。

このように、水中、または流水中、でコアビットを回転させ被研削材を研削穿孔すれば、コアビットのダイヤモンド粒子固着部は、常に水によって冷却されるため、劣化が少なく、従って工具としての性能や寿命も維持されやすい。水冷却が不十分の場合は、数回穿孔を行うと、それ以降は穿孔が進まず、コアビットが空回りし、発熱して、コアビットが破損したり、赤熱してダイヤモンド粒子固着部が劣化したりして、使用不能になるので、これを避けるため、水を多めに供給しながら研削穿孔するのが一般的である。

水は、入手が容易で、費用も安く、便利な冷却剤と言える。しかし、冷却で使われた水は周辺に流れてゆくので、穿孔を行う場所によっては、流れ出た水を、穿孔後に拭き取って清掃する必要がある。また、流れ出る水には研削で発生した、被研削材の細かな粒子、つまり研削粉、が含まれていて、被研削材や床などに研削粉が沈殿付着して、汚れとなることがある。一旦汚れてしまうと、清掃除去は容易ではない。

以上で述べたように、水を冷却剤とした従来の研削穿孔では、冷却剤、つまり水、の入手費用は安くて都合がよいものの、水中での穿孔が不可能な場所では、穿孔中に常時、水を流して穿孔用のダイヤモンドコアビットを冷却する必要があり、研削で発生した被研削材の研削粉を含む水が拡散しないよう、穿孔部の周りに水の流出を抑える工夫を事前に施したり、穿孔後、周りに拡散した水を拭き取ったりする必要があり、作業性が悪い上に、水や、水に溶けている研削粉、が付着してしまい、被研削材の表面や周辺が変色したり変質したりする、という問題がある。

上記の課題を解決するための本願発明は、電動工具や工作機械にダイヤモンド粒子から構成された刃先を持つコアビットを装着して、主として磁器タイル、大理石、コンクリートなどの被研削材に研削穿孔する時、コアビットに付着して用いられる冷却剤に関する。

本願発明に係る冷却剤を用いると、水を使う必要がないので、ポンプなどの冷却水供給系が不要で、穿孔部やその周辺を水で汚すことはない。通常の穿孔ならば、穿孔前にコアビットに適量の冷却剤を付着しておけば、穿孔の間、冷却機能が維持される。深い孔を穿孔する必要がある場合は、穿孔の途中で作業を止め、コアビットに再度、冷却剤を付着して穿孔を継続してやれば好い。また、条件によっては、水を使う穿孔より優れた穿孔性能や寿命を獲得することも可能である。

本願発明の冷却剤が適用されるコアビットの一例を示す図 図１のコアビットの構造を説明する図 冷却剤別穿孔試験の結果を説明する図

本願発明に係る冷却剤は、ダイヤモンドコアビットに付着して用いられる冷却剤であって、パラフィン系炭化水素と、ポリエチレングリコール（以下ＰＥＧと称す）またはポリエチレンオキシド（以下ＰＥＯと称す）を含む冷却剤である。いずれの成分も毒性が低く、常温では気化分散しづらいため、人体への影響は少なく、ほとんど経時変化しないので、安全に安定的に使用することが出来る。

パラフィン系炭化水素としては、市販されていて入手が容易な、いわゆるパラフィン、ワセリンなどを使う。パラフィンは通常、粒子状またはフレーク状で、粒子またはフレークの最大寸法は２，３ｍｍ程度のものが多い。ワセリンは通常、軟膏状である。一方、ＰＥＧまたはＰＥＯは、常温で固体またはゲル状または高粘度の液体のものを使う。一般的に、分子量が小さなＰＥＧは液体状、分子量が大きなＰＥＧ，ＰＥＯは固体状である。

これらのパラフィン系炭化水素、及びＰＥＧまたはＰＥＯの内、固体のもので、融点が低いもの、例えば融点５０℃程度の固体のパラフィンを使う場合はパラフィン、を容器に入れ、加熱して溶かし、液体にする。ワセリンのように軟膏状のものはそのまま使用する。そこに、例えば粒子状の、融点が高いＰＥＧまたはＰＥＯを投入し、混合してから室温まで冷やす。混合後、更に加熱して、ＰＥＧまたはＰＥＯも流動化した後に室温まで冷やしても好い。すると、ＰＥＧまたはＰＥＯがパラフィン系炭化水素（ここではパラフィンまたはワセリン）の中で小さな粒子状または球体状になって分散した、固体状または軟膏状の物質、すなわち本願発明の冷却剤、を得ることができる。分子量が低い、高粘度の液体状のＰＥＧを用いる場合は、ＰＥＧの中にフレーク状または粒子状のパラフィンを投入して分散し、液体状の冷却剤としても好い。

適当なパラフィン系炭化水素とＰＥＧまたはＰＥＯを選んで製造された固体状の冷却剤は、常温で市販の固形石鹸程度の潤いがある柔らかさを持つため、これにコアビットを押し付けたり、または電動工具で回転しているコアビットを当てたりすれば、コアビットの先端のダイヤモンド粒子固着部に冷却剤を適量だけ付着させることが出来る。ワセリンのような軟膏状のパラフィン系炭化水素にＰＥＧやＰＥＯを混合して製作した冷却剤は、軟膏状のためコアビットに付着しやすいという特徴を持つ。冷却剤が液体状の場合は、コアビットの回転により、付着していた冷却剤が飛散してコアビットに残留する量が減少し、冷却効果が低下してしまうので、飛散を抑制するため、適当な粘性となるパラフィン系炭化水素、ＰＥＧ，ＰＥＯを選択する必要がある。

冷却剤をコアビットに付着したら、被研削材にコアビットのダイヤモンド粒子固着部を当接し、電動工具を作動して回転してやると、ダイヤモンド粒子が被研削材を研削し始める。すると、研削で発生する摩擦熱により、冷却剤が温度上昇を開始し、冷却剤の成分であるパラフィン系炭化水素が溶けたり、ＰＥＧやＰＥＯが昇温したりしてゆくが、冷却剤の成分が液化、昇温する過程でコアビットの熱が冷却剤側に移行するので、コアビットの昇温は抑制される。さらに研削を続けると、液体になったパラフィン系炭化水素やＰＥＯまたはＰＥＯの温度は上昇を続け、ついには分解したり炭化したり気化したりし始めるが、この過程でもコアビットの熱が冷却剤に移行してゆくので、コアビットの昇温は抑制されていることになる。

従って、冷却剤がダイヤモンド粒子固着部に残っている時間内に研削を完了してやりさえすれば、ダイヤモンド粒子や金属ボンド、およびコアビット本体の金属などが温度上昇で劣化する前に研削穿孔を終えることが出来るので、コアビットの研削性能は維持されることになる。ひき続いて穿孔する場合は、新たに冷却剤をコアビットに付け直して穿孔する。また、穿孔直径を超えるような深さの穿孔が必要な場合は、穿孔の途中で冷却剤の残留分が少なくなり、冷却機能が不十分になるので、一旦作業を中断し、冷却剤をダイヤモンド粒子固着部に付着し直してから穿孔を再開すればよい。

以上述べたように、パラフィン系炭化水素、ＰＥＧまたはＰＥＯを適量含む冷却剤は、常温で個体またはゲル状または軟膏状または高粘度の液体状で、比熱が大きく、水より気化しづらく、ダイヤモンド粒子固着部の表面に付着するので、コアビットの回転で、冷却機能を発揮する前に飛散してしまう割合が少なく、従って長時間コアビットに付着し続けてコアビットの昇温を抑制することが可能である。

図１、図２、図３、を用いて、本願発明に係る冷却剤の実施例を説明する。
図１は冷却剤が適用されるコアビット１を示す。３つの異なるコアビット１が示されているが、それぞれ、穿孔直径が６ｍｍ、８ｍｍ、１２ｍｍの場合に用いられるもので、全長は、それぞれ、７０ｍｍ、７５ｍｍ、７５ｍｍである。

コアビット１は、シャンク２、本体６、ダイヤモンド粒子固着部３で構成されていて、図２に示すように、金属製の本体６には中空部４が設けられている。中空部４の孔径は本体直径より概略１．５ｍｍ小さい。シャンク２は、図示していない電動工具の装着部に装着把持されて電動工具の回転を伝達するためのもので、図１の例では対辺距離が６．３５ｍｍの六角形をしていて、市販の電動工具に適応した標準の寸法形状になっている。一方、ダイヤモンド粒子固着部３では、図２で示されるように、沢山のダイヤモンド粒子５が、図中で黒く示されている金属ボンド材７によって本体６に固着されている。固着は真空炉中で金属ボンド材７を溶解して行われる。

このようなコアビットに使う冷却剤としては、比熱が高く、コアビットに付着しやすく、穿孔時の回転で飛散しづらく、少なくとも常温では分解や気化をしない材料が好ましい。水や、パラフィン系炭化水素とＰＥＧ，ＰＥＯの種類や組合せや比率を変えて製作した冷却剤を使い、公称穿孔径６ｍｍのコアビットでタイル材に穿孔して行った冷却剤の性能確認試験の結果を図３に示す。現場での穿孔作業を想定し、穿孔完了直後でコアビットの温度が約３００℃になっている時に冷却剤を付着して次の穿孔を再開する、という連続穿孔と、穿孔完了後、３分経過してコアビットの温度が室温に近くなったところで冷却剤を付着して次の穿孔を再開する、という間欠穿孔の２つで寿命などを調べた。

図３から、常温で、固体で、融点が約５０℃のパラフィンと、分子量が２０，０００のＰＥＧを２対８または８対２または６対４で混合した冷却剤３、冷却剤４、冷却剤５、及びワセリンと分子量２０，０００のＰＥＧを６対４で混合した冷却剤６、を用いた場合の寿命は、水を冷却剤として使用した場合の寿命と同等またはそれ以上であることが確認された。

また、初期付着性がよい軟膏状の冷却剤６は、初期付着性が劣る個体状の冷却剤５と比べ、間欠穿孔時の寿命が優れ、逆に初期付着性が劣る冷却剤５は、連続穿孔時の寿命が冷却剤６よりも優れていることもわかった。その理由は、軟膏状冷却剤６はコアビット温度が室温の場合は付着性が優れ、高温の場合は、溶けやすく付着量が減少したり回転飛散したりしやすい傾向があり、一方、個体状冷却剤５は、コアビットが室温の場合は付着性が劣り、高温だと適当に軟化して付着量が増加しやすい、ということではないかと推察できる。

図３では省略したが、分子量が１，５４０のＰＥＧや分子量が１５０，０００のＰＥＯと、パラフィンとを混合した冷却剤でも試験した。穿孔寿命や付着安定性は、冷却剤３、冷却剤４よりも若干劣るが、実用可能範囲にあると確認できた。また、金属に明けられた下孔に加工用タップでネジ加工する時、タップに付着し潤滑剤として使われるラードのような高粘度の油脂をコアビットに付着した穿孔試験もしたが、コアビットの回転で飛散する傾向が強く、穿孔寿命は冷却剤３、冷却剤４の概略１／４程度であった。

以上から、ダイヤモンドコアビットを使う穿孔作業で、少なくともパラフィン系炭化水素とＰＥＧまたはＰＥＯを含む本願発明の冷却剤を用いれば、従来のように水を使う研削穿孔と比べ、より長いコアビット寿命が実現できることが判った。また、水を使う従来の冷却方法では、研削粉が水と一緒に穿孔部周辺に拡散し、被研削材を水シミで変色したり劣化したりする問題が起きていたが、本願発明のパラフィン系炭化水素とＰＥＧからなる冷却剤を使うと、研削粉はパラフィン系炭化水素やＰＥＧなどの成分と一緒になって塊として散乱するため、穿孔後の清掃作業は、水を使用した場合よりも容易になるという効果も確認できた。

また、ワセリンなど軟膏状態のパラフィン系炭化水素とＰＥＧまたはＰＥＯを混合して製作した軟膏状態の冷却剤は、常温時のコアビットに安定的に付着できるので、付着作業が容易で都合がよいが、常温時に固形石鹸程度の硬度の固体状になるパラフィン系炭化水素とＰＥＧまたはＰＥＯの組合せの冷却剤でも、冷却に必要な量をコアビットに付着することが可能で、必要ならコアビットを回転させて冷却剤に当接させれば、極めて均質で安定した付着が行えることも確認できた。

また、パラフィン系炭化水素とＰＥＧまたはＰＥＯから出来た固体を、粉砕機でフレーク状または粒子状に粉砕し、これを、水や、液体状のパラフィンや、液体状のＰＥＧや、その他の液体状の油などを適量加えて撹拌し、流動性が低く、適度な付着性をもつ状態にしたものを冷却剤として使用しても、各成分は互いに結合分離して変質する性格が無いので、パラフィンやＰＥＯなどがもつ冷却性能は維持され、冷却剤として使用することが可能なことは明らかである。

なお、本願発明の冷却剤は、磁器タイルや大理石などの石材を被研削材とした研削穿孔だけでなく、固い金属を被研削材とした研削穿孔の場合でも適用可能である。

１ コアビット
２ シャンク
３ ダイヤモンド粒子固着部
４ 中空部
５ ダイヤモンド粒子
６ 本体
７ 金属ボンド材

Claims (1)

1. ダイヤモンドコアビットに付着して用いられる冷却剤であって、パラフィン系炭化水素と、ポリエチレングリコールまたはポリエチレンオキシドを含む冷却剤