JP4136751B2 - 軸付き砥石 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックやガラス等の穴あけ加工等に用いられる軸付き砥石（コアドリル）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックやガラス等の穴あけ加工用として、軸部と砥材層とからなる軸付き砥石が用いられている。セラミックやガラスは、その硬くて脆い性質のために、加工に用いられる砥石の寿命が短く、被削材にチッピングやクラックが発生しやすい。
砥石寿命や砥石の強度は、軸付き砥石の先端形状によって影響を受ける。特に、穴あけ加工の初期において、被削材に接触する砥石の面積の大きさによって、砥石の寿命が大きく左右される傾向がある。
【０００３】
被削材に接触する砥石の面積が大きいと、接触抵抗が大きくなり、被削材の溶着、目詰まりが多くなり、砥石寿命が低下する。その逆に、被削材に接触する砥石の面積が小さいと、被削材に作用する砥粒数が少なすぎたり、砥石強度が不足するなどして、砥石を十分に使いきることなく破損してしまう。
【０００４】
また、チッピングやクラックの発生は、軸付き砥石を用いて、セラミックやガラスのように硬くて脆い被削材に対して貫通穴を開ける際に起こりやすい。砥石が被削材を抜け出る面ではチッピングが大きくなるため、初めに被削材の幅の中間の位置まで穴あけし、その後反転して逆側の面から穴あけすることによって、チッピングを小さくしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような加工方法では、作業性が悪いばかりでなく、チッピングの発生防止も十分ではない。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、効率良く切粉を排出して切味と砥石寿命を向上するとともに、チッピングの発生を抑制して、良好な加工面が得られる軸付き砥石を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明は、軸部の先端に砥材層が形成され、砥材層は砥粒をボンド材により固着して形成されている穴あけ加工用軸付き砥石において、前記砥材層の外周側に開口した扇状の切欠部が複数設けられ、前記切欠部の軸は砥材層の軸と一致するように形成され、前記切欠部は互いにその扇状の開口角度の大きさが異なることを特徴とする軸付き砥石である。
切欠部を扇形とすることによって、効率良く切粉を排出することができ、切味と砥石寿命が向上する。
切欠部の扇状の開口角度の大きさが互いに異なるようにすることによって、砥石の外周面と被削材との接触による接触抵抗に差を生じ、それぞれの切欠部が設けられた位置において、切味の差が生じる。この切味の差によって、砥石の回転時に強制的な振れが生じ、これによって砥石と被削材との間に隙間ができ、この隙間によって切粉の排出性が高まり、研削効率を向上させることができる。
【０００７】
本発明の軸付き砥石においては、前記切欠部の扇状の開口角度が１５°以上９０°以下であることを特徴とする。
切欠部の扇状の開口角度が１５°未満であると、開口角度が狭くなりすぎて切粉の排出効果が得にくくなって目詰まりを起こしやすい。一方、切欠部の扇状の開口角度が９０°を超えると、研削時に切欠部による研削抵抗が大きくなるとともに、砥材層の体積が減少するため、十分な強度が得られなくなる。そのため、切欠部の扇状の開口角度は１５°以上９０°以下であることが好ましい。
【０００８】
本発明の軸付き砥石においては、前記切欠部のうち開口角度が最大の切欠部によって形成される断面の断面積または切欠部の体積に対して、その他の切欠部によって形成される断面の断面積または切欠部の体積が８０％以下であることを特徴とする
切欠部の大きさの差が上記の範囲外であると、切欠部の大きさの差による研削抵抗の差が小さすぎて、切欠部を異なる大きさとしたことによる効果が得られにくいためである。
【０００９】
本発明の軸付き砥石においては、前記切欠部の軸方向の長さは、前記砥材層の軸方向の長さの５０％以上１００％以下であることを特徴とする。
切欠部の軸方向の長さが上記の範囲外であると、切粉の排出と研削液の供給を十分に行うことができないからである。
【００１０】
本発明の軸付き砥石においては、前記砥材層の先端部に平坦部が形成されていることを特徴とする。
砥材層の先端部に平坦部を形成することにより、穴あけ加工の初期において砥石の点当たりを防止することができ、作用する砥粒数を増やして１砥粒当たりの負荷を軽減することができる。
この平坦部の面積は、穴あけ面積の２０％以上８０％以下であることが好ましい。２０％未満であると平坦部を形成したことによる上記の効果が得られにくく、８０％を超えると被削材との接触抵抗が過多となり、被削材の溶着、目詰まりによって切味が低下する。
【００１１】
本発明の軸付き砥石においては、前記砥材層の外周側側面に傾斜面が形成されていることを特徴とする。
砥材層の外周側側面に傾斜面を形成したことにより、砥石が被削材から抜け出る際の被削材への負担を軽減することができ、この際の穴外周部でのチッピングやクラックの発生を防止することができる。
【００１２】
この傾斜面は、前記平坦部に対して４０°以上６０°以下の傾斜角をなして形成されていることが好ましい。４０°未満であると、穴が被削材中を貫通する際に、被削材に対して傾斜面に垂直な方向に作用する力が大きくなり、この力によって、砥石が被削材を抜け出る際に被削材を破損しやすい。その一方、６０°を超えると、被削材に対して傾斜面に沿う方向に作用する力が大きくなり、この力によって、砥石が被削材を抜け出る際に被削材を破損しやすい。従って、傾斜面の傾斜角が平坦部に対して４０°以上６０°以下であるときに、被削材に対して傾斜面に沿う方向に作用する力と、被削材に対して傾斜面に沿う方向に作用する力とのバランスをとることができ、穴外周部でのチッピングやクラックの発生を防止しやすい。
【００１３】
本発明の軸付き砥石においては、前記平坦部と前記傾斜面との接続部、および前記傾斜面と砥材層外周側面との接続部はいずれもＲ形状であることを特徴とする。
前記平坦部と前記傾斜面との接続部の曲率は砥粒粒径の３倍以上とすることが好ましく、前記傾斜面と砥材層外周側面との接続部の曲率は穴あけ半径の３０％以上１００％以下とすることが好ましい。
【００１４】
前記平坦部と前記傾斜面との接続部の曲率が砥粒粒径の３倍未満であると、砥材層のコーナーにおける負荷に対する砥粒保持力が低下してしまう。この曲率を砥粒粒径の３倍以上とすることによって、砥粒保持力を維持することができ、穴あけ加工初期における砥粒の脱落によるコーナーだれを軽減して寿命を向上することができる。
また、前記傾斜面と砥材層外周側面との接続部の曲率を穴あけ半径の３０％以上１００％以下とすることによって、被削材に対する研削負荷を分散させることができ、砥石が被削材から抜け出る側の穴外周部のチッピングやクラックの発生を防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の軸付き砥石をその実施の形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施の形態に係る軸付き砥石を示す。図１（ａ）は軸付き砥石の斜視図であり、同図（ｂ）は軸付き砥石の正面図である。また、同図（ｃ）は軸付き砥石の部分拡大図である。
図１に示すように、軸付き砥石１は軸部２の先端に砥材層３を形成してなるものであり、砥材層３はダイヤモンド等からなる砥粒をボンド材により固着して形成されている。砥材層３の外周側に開口した扇状の切欠部４が複数設けられ、切欠部４は互いにその大きさが異なっている。
【００１６】
砥材層３は図１（ｄ）に示すように、砥材層３の先端部に平坦部３ａが形成され、外周側側面に傾斜面３ｂが形成されている。平坦部３ａと傾斜面３ｂとの接続部、および傾斜面３ｂと砥材層外周側面３ｃとの接続部はいずれもＲ形状となっている。
【００１７】
図２に、大きさが等しい２つの切欠部を設けたときと、大きさが異なる２つの切欠部を設けたときについて、研削時における被削材との接触による接触抵抗と、切粉の排出の様子を示す。図２において、曲線状の矢印は砥石の回転方向を示す。また、直線状の矢印は、切欠部における被削材との接触による接触抵抗の大きさと方向を示す。
図２（ａ）に、大きさが等しい２つの切欠部を設けた砥石を示し、図２（ｂ）に、大きさが異なる２つの切欠部を設けた砥石を示す。
図２（ａ）では、切欠部の大きさが等しいために、研削時における被削材との接触による接触抵抗は、いずれの切欠部においても等しい。
【００１８】
これに対し、図２（ｂ）では、切欠部の大きさが異なるために、被削材との接触による接触抵抗は、大きい切欠部において大きくなる。その結果、それぞれの切欠部が設けられた位置において、切味の差が生じる。この切味の差によって、砥石の回転時に強制的な振れが生じ、これによって砥石と被削材との間に隙間１１ができ、この隙間１１によって切粉の排出性が高まり、研削効率を向上させることができる。
【００１９】
大きさが等しい２つの切欠部を設けた砥石では、図２（ａ）に示すように、砥石と被削材との間に隙間１１を生じないため、切粉１２は切欠部によってのみ排出される。これに対し、大きさが異なる２つの切欠部を設けた砥石では、砥石と被削材との間に隙間１１を生じるため、切粉１２は切欠部ばかりでなく隙間１１からも排出され、排出効率が高まる。
【００２０】
図３は、砥材層の先端部に形成された平坦部の面積を変えたときに、被削材２２に作用する力を示したものである。
砥材層３の先端部に平坦部３ａを形成することにより、穴あけ加工の初期において砥石の点当たりを防止することができ、作用する砥粒数を増やして１砥粒当たりの負荷を軽減することができる。
【００２１】
しかし、平坦部３ａの面積が狭すぎると、図３（ａ）に示すように、各砥粒２１にかかる負荷が大きくなって平坦部３ａを設けた効果が得られにくい。
平坦部３ａの面積が、穴あけ面積の２０％以上８０％以下であると、図３（ｂ）に示すように、各砥粒２１にかかる負荷が分散され、作用する砥粒数を増やして１砥粒当たりの負荷を軽減することが可能となる。
ただし、平坦部３ａの面積が穴あけ面積の８０％を超えると、被削材２２との接触抵抗が過多となり、被削材の溶着、目詰まりによって切味が低下する。
【００２２】
図４は、砥材層の外周側側面に傾斜面を形成し、傾斜面の傾斜角を変えたときに、被削材に対して作用する力の変化を示したものである。図４において、白抜きの矢印が、穴あけの方向を示し、黒い矢印が被削材に対して作用する力を示す。
図４（ａ）は、傾斜角を平坦部３ａに対して４０°未満とした場合であり、図４（ｂ）は、傾斜角を平坦部３ａに対して６０°を超える値とした場合であり、図４（ｃ）は、傾斜角を平坦部３ａに対して４０°以上６０°以下とした場合である。
【００２３】
図４（ａ）に示すように、傾斜角が４０°未満であると、穴が被削材２２中を貫通する際に、被削材２２に対して、傾斜面３ｂに垂直な方向に作用する力ｆａが大きくなり、この力によって、砥石が被削材２２を抜け出る際に被削材２２を破損しやすい。
図４（ｂ）に示すように、傾斜角が６０°を超えると、被削材２２に対して、傾斜面３ｂに沿う方向に作用する力ｆｂが大きくなり、この力によって、砥石が被削材２２を抜け出る際に被削材を破損しやすい。
【００２４】
図４（ｃ）に示すように、傾斜角が４０°以上６０°以下であるときは、被削材２２に対して傾斜面３ｂに沿う方向に作用する力ｆｂと、被削材２２に対して傾斜面３ａに沿う方向に作用する力ｆａとのバランスをとることができ、穴外周部でのチッピングやクラックの発生を防止しやすい。
【００２５】
【実施例】
以下に、具体的な作製例を示す。
図５に、（ａ）切欠部を設けない場合、（ｂ）大きさの等しい２つの切欠部を設けた場合、（ｃ）大きさの異なる２つの切欠部を設けた場合について、砥石寿命の比較を行った。
図６に、それぞれの軸付き砥石の砥材層の先端部の形状を示す。（ａ）が切欠部を設けない砥石であり、（ｂ）が大きさの等しい２つの切欠部を設けた砥石であり、（ｃ）が大きさの異なる２つの切欠部を設けた砥石である。なお、（ｂ）と（ｃ）において、２つの切欠部の体積の合計が等しくなるように切欠部を形成した。また、（ｃ）において、２つの切欠部の体積比は３対１とした。切欠部の開口角度はいずれも６０°である。
【００２６】
作製した軸付き砥石の仕様と、試験条件は以下の通りである。
砥材 ＳＤ ＃２００Ｍ
形状 φ３．５Ｄ×１０Ｔ×６Ｅ×４０Ｌ
被削材寸法 １００×１００×４Ｔ
被削材材質 アルミナセラミック
主軸回転数 １５０００ｍｉｎ^-1
【００２７】
図５からわかるように、大きさの異なる２つの切欠部を設けた砥石が最も穴加工数が多く、寿命が向上している。
図７に、上記の３種類の軸付き砥石について、穴加工数の増加に伴う研削抵抗の変化を示す。大きさの異なる２つの切欠部を設けた砥石は、穴加工数が増加しても、研削抵抗の増加は緩やかであり、研削による消費電力が最も少ないことがわかる。
【００２８】
図８は、大きさの異なる２つの切欠部を設けた軸付き砥石について、傾斜面の傾斜角を変えたときに、被削材の表面でのチッピングの大きさを示したものである。
作製した軸付き砥石の仕様と、試験条件は以下の通りである。
【００２９】
砥材 ＳＤ ＃２００Ｍ
形状 φ３．５Ｄ×１０Ｔ×６Ｅ×４０Ｌ
被削材寸法 １００×１００×４Ｔ
被削材材質 ソーダガラス
主軸回転数 ７０００ｍｉｎ^-1
図８から、傾斜角を４０°以上６０°以下としたときに、チッピングが抑制される結果となった。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、以下の効果を奏することができる。
（１）軸部と砥材層とからなる軸付き砥石において、砥材層の外周側に開口した扇状の切欠部が複数設けられたことによって、効率良く切粉を排出することができ、切味と砥石寿命が向上する。
また、切欠部の大きさが互いに異なるようにすることによって、砥石の外周面と被削材との接触による接触抵抗に差を生じ、それぞれの切欠部が設けられた位置において、切味の差が生じる。この切味の差によって、砥石の回転時に強制的な振れが生じ、これによって砥石と被削材との間に隙間ができ、この隙間によって切粉の排出性が高まり、研削効率を向上させることができる。
【００３１】
（２）切欠部の扇状の開口角度を１５°以上９０°以下とすることにより、砥材層の強度を維持しながら、切粉の排出効果を高めることができる。
【００３２】
（３）切欠部のうち最大の切欠部によって形成される断面の断面積または切欠部の体積に対して、その他の切欠部によって形成される断面の断面積または切欠部の体積を８０％以下とすることによって、切欠部の大きさを互いに異ならせたことによる切粉の排出効果を高めることができる。
【００３３】
（４）切欠部の軸方向の長さを砥材層の軸方向の長さの５０％以上１００％以下とすることにより、切粉の排出と研削液の供給を十分に行うことができる。
【００３４】
（５）砥材層の先端部に平坦部を形成することにより、穴あけ加工の初期において砥石の点当たりを防止することができ、作用する砥粒数を増やして１砥粒当たりの負荷を軽減することができる。この平坦部の面積を、穴あけ面積の２０％以上８０％以下とすることにより、平坦部を設けたことの効果が得られやすい。
【００３５】
（６）砥材層の外周側側面に傾斜面を形成したことにより、砥石が被削材から抜け出る際の被削材への負担を軽減することができ、この際の穴外周部でのチッピングやクラックの発生を防止することができる。この傾斜面の傾斜角を、平坦部に対して４０°以上６０°以下とすることにより、傾斜面を設けたことの効果が得られやすい。
【００３６】
（７）平坦部と傾斜面との接続部、および傾斜面と砥材層外周側面との接続部をいずれもＲ形状とし、平坦部と傾斜面との接続部の曲率を砥粒粒径の３倍以上とし、傾斜面と砥材層外周側面との接続部の曲率を穴あけ半径の３０％以上１００％以下とすることにより、砥材層のコーナーにおける負荷に対する砥粒保持力を維持しつつ、被削材に対する研削負荷を分散させることができ、砥石が被削材から抜け出る側の穴外周部のチッピングやクラックの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る軸付き砥石を示す図である。
【図２】 大きさが等しい２つの切欠部を設けたときと、大きさが異なる２つの切欠部を設けたときについて、研削時における被削材との接触による接触抵抗と、切粉の排出の様子を示す図である。
【図３】 砥材層の先端部に形成された平坦部の面積を変えたときに、被削材に作用する力を示す図である。
【図４】 砥材層の外周側側面に傾斜面を形成し、傾斜面の傾斜角を変えたときに、被削材に対して作用する力の変化を示す図である。
【図５】 （ａ）切欠部を設けない場合、（ｂ）大きさの等しい２つの切欠部を設けた場合、（ｃ）大きさの異なる２つの切欠部を設けた場合について、砥石寿命の比較を示す図である。
【図６】 軸付き砥石の砥材層の先端部の形状を示す図である。
【図７】 ３種類の軸付き砥石について、穴加工数の増加に伴う研削抵抗の変化を示す図である。
【図８】 大きさの異なる２つの切欠部を設けた軸付き砥石について、傾斜面の傾斜角を変えたときに、被削材の表面でのチッピングの大きさを示す図である。
【符号の説明】
１ 軸付き砥石
２ 軸部
３ 砥材層
３ａ 平坦部
３ｂ 傾斜面
３ｃ 砥材層外周側面
４ 切欠部
１１ 隙間
１２ 切粉
２１ 砥粒
２２ 被削材

Claims (10)

1. 軸部の先端に円筒型の砥材層が形成され、砥材層は砥粒をボンド材により固着して形成されている穴あけ加工用軸付き砥石において、前記砥材層の外周側にその長手方向の断面が砥材層の外周側に開口した扇状である２つの切欠部が設けられ、前記切欠部の回転軸及び砥材層の回転軸は前記軸部の回転軸と一致するように形成され、前記切欠部は互いにその扇状の開口角度及び前記回転軸方向の長さが同一で、かつ、その体積の大きさが異なることを特徴とする軸付き砥石。
2. 前記切欠部の扇状の開口角度が１５°以上９０°以下であることを特徴とする請求項１記載の軸付き砥石。
3. 前記切欠部のうち開口角度が同一で最大の体積を有する切欠部によって形成される断面の断面積または切欠部の体積に対して、その他の切欠部によって形成される断面の断面積または切欠部の体積が８０％以下であることを特徴とする請求項１または２記載の軸付き砥石。
4. 前記切欠部の回転軸方向の長さは、前記砥材層の回転軸方向の長さの５０％以上１００％以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の軸付き砥石。
5. 前記砥材層の先端部に平坦部が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の軸付き砥石。
6. 前記平坦部の面積は、穴あけ面積の２０％以上８０％以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の軸付き砥石。
7. 前記砥材層の外周側側面に傾斜面が形成されている特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の軸付き砥石。
8. 前記傾斜面は、前記平坦部に対して４０°以上６０°以下の傾斜角をなして形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の軸付き砥石。
9. 前記平坦部と前記傾斜面との接続部、および前記傾斜面と砥材層外周側面との接続部はいずれもＲ形状であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の軸付き砥石。
10. 前記平坦部と前記傾斜面との接続部の曲率は砥粒粒径の３倍以上であり、前記傾斜面と砥材層外周側面との接続部の曲率は穴あけ半径の３０％以上１００％以下であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の軸付き砥石。

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