JP6496054B1

JP6496054B1 - 穿孔加工方法

Info

Publication number: JP6496054B1
Application number: JP2018017947A
Authority: JP
Inventors: 慶▲吉▼ 池田
Original assignee: 大宝ダイヤモンド工業株式会社
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2018-02-05
Publication date: 2019-04-03
Anticipated expiration: 2038-02-05
Also published as: JP2019135083A

Abstract

【課題】セラミック等の硬質の被加工板部に、美しい孔を能率的に明けることができる穿孔加工方法を提供する。
【解決手段】球形の砥石本体（２）と軸部（５）とから成る球形砥石（Ｇ）を矢印（Ｒ２）方向の自転運動を行うと同時に砥石本体（２）を頂点（Ｐ）とする矢印（Ｒ９０）に示す倒立円錐形状軌跡（Ｋ）を描く首振り運動を行い、被加工板部に砥石本体を接触（当接）させ、被加工板部の厚み方向に送り（Ｆ２０）を付与して被加工板部に貫孔を形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、穿孔加工方法に関する。

従来からボール盤にてドリルの軸心（回転軸心）を被加工板部に垂直に当てて穿孔加工を行っている。また、被加工板部がセラミックス等の硬質材である場合、上記ドリルの表面に砥粒層を被覆して研削穿孔を行ったり、あるいは、球面上先端面に砥粒層を被覆し、それから突設した軸部の軸心（回転軸心）を、被加工板部に対して、垂直に保って回転させ、上記球面状先端面にて、穿孔加工する方法が、提案されている（特許文献１参照）。

特開２００１−８８１１８号公報

硬質の被加工板部に対して、垂直に上記球面状先端面を当て、最初に孔明けを開始すべき点―――即ち、回転軸心と被加工板部表面と交わる点―――が、不安定に振れ（逃げ）を生じたり、容易に研削を開始できないという問題がある。
なお、特許文献１にて提案されたように、球面状先端面にスリット溝を切欠形成しておけば、少しは研削開始が、可能となるが、しかし、スリット溝の部位が早期に欠けや亀裂を発生して、寿命が極端に短くなる欠点があり、かつ、被加工板部が穿孔開始付近に欠け（傷）を発生し易いという問題もある。

そこで、本発明は、従来の機械と工具では、硬質材への穿孔が至難乃至不可能であったという問題を解決して、セラミックやタイル等の硬質被加工板部に対して、孔明け開始点の位置がぶれることがなく、所定の正確な位置に穿孔加工が、可能である方法を提供することを、目的とする。そして、孔が貫通形成されるまで、スムーズかつ迅速に、作業が行い得る方法を提供することを他の目的とする。

そこで、本発明は、砥粒を表面に有する球形の砥石本体と、該砥石本体から突設された作業工具掴持用の軸部とから成る球形砥石を、上記軸部の軸心廻りに自転させつつ；かつ、被加工板部の表面に対して、30°以上50°以下の傾斜角度となるように上記軸部の軸心を傾斜させて、球形の上記砥石本体の中心点を頂点とする倒立円錐形状軌跡を描く首振り運動を、上記球形砥石に行いつつ；上記被加工板部の厚み方向に送りを付与し；被加工板部に貫孔を形成する方法である。
また、上記球形砥石の上記軸部、及び、上記砥石本体の芯材が、鋼鉄製であり、しかも、上記砥石本体は上記芯材と該芯材に溶着被覆したダイヤモンド砥粒層とから成る。

本発明によれば、硬質の被加工板部の穿孔予定点からぶれることなく（芯振れせずに）正確な孔明け開始を行い得る。
しかも、球形の砥石本体の回転中に最も周速が大なる赤道、及び、比較的周速の大なる赤道近傍を、被加工板部への貫孔形成研削に、有効活用しているので、能率良く孔加工が行われて孔明け作業時間も大幅に短縮できる。これにより幅広い材料に対して速く、きれいに、簡単に穿孔できるようになる。

本発明に係る穿孔加工方法の実施の一形態を説明すると共に穿孔加工作業具の要部を説明するための一部断面説明図である。本発明の他の実施形態を示す斜視図である。作動を説明する斜視説明図である。孔明け作業を順次説明する説明図である。孔明け作業順に、球形の砥石本体が被加工板部に対して直接的に当接して研削に関与する部位Ｚを示す説明図であって、（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、各々、図４の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の各工程に対応している説明図である。図４と図５に示した全ての工程を終了した穿孔作業完了状態に於て、球形の砥石本体が被加工板部に対して直接的に研削に関与した部位Ｚ₀ を示す説明図である。図６を矢印Ｃ₇ 方向から見た図であって、軸心から遠ざかる程に周速が増加することを示す説明図である。球形砥石の一実施例を示す正面図である。球形砥石の他の実施例を示す正面図である。

以下、図示の実施の形態に基づき本発明を説明する。
図１〜図８、及び、図９に於て、Ｇは球形砥石であって、この球形砥石Ｇは、砥粒を表面に有する球形の砥石本体２と、この砥石本体２から突設された軸部５とから成る。この軸部５は、図１又は図２に例示したような各種の作業工具（機械）10に、掴持して使用される。

球形砥石Ｇは、球形の砥石本体２から突設された作業工具掴持用の軸部５を有する。
作業工具（機械）10に掴持されて、球形砥石Ｇは、軸部５の軸心Ｌ₅ 廻りに自転（回転）する。矢印Ｒ₂ は、その自転（回転）方向を示す。
図１では、第１モータＭ₁ によって、矢印Ｒ₂ 方向に球形砥石Ｇが回転駆動される。
図２，図４に示すように、20は、セラミック，タイル等の硬質材から成る被加工板部であって、この被加工板部20の表面に対して、30°以上50°以下の傾斜角度βとなるように、球形砥石Ｇの軸部５の軸心Ｌ₅ を傾斜させる。
即ち、被加工板部20の表面に垂直な線（垂直線）Ｌ₉₀に対して、上記軸心Ｌ₅ が成す角度をθとすれば、θ＝（90°−β）となる。従って、θは、40°以上60°以下となる。

そして、砥石本体２と軸部５とから成る球形砥石Ｇは、砥石本体２を頂点Ｐとする倒立円錐形状軌跡Ｋを描く首振り運動（図３参照）を行って、被加工板部20に、（頂点Ｐに存在する）砥石本体２を接触（当接）させ、被加工板部20の厚み方向に送りＦ₂₀を付与して、被加工板部20に貫孔８を形成する（図３，図４及び図２参照）。
図３に於て、矢印Ｒ₉₀は、上記倒立円錐形状軌跡Ｋを描く首振り運動の回転方向を示す。

図１に示した作業工具（機械）について説明すれば、回転軸部12と、収納空間13Ａを有する大径回転筒部13とを、一体に有する回転体14が、ケーシング11に、軸受15，16にて、一軸心（垂直線）Ｌ₉₀廻りに回転自在として、内蔵されている。
砥石本体２を上記一軸心（垂直線）Ｌ₉₀上に配置すると共に、上記一軸心（垂直線）Ｌ₉₀と所定の前記角度θを成すように傾斜させて、軸部５を、小ギア17に着脱自在に固着する。（その固着のための掴持機構は図示省略した。）この小ギア17に噛合する大ギア18は、第１モータＭ₁ の出力軸に固着され、第１モータＭ₁ の回転が、大ギア18、小ギア17を介して球形砥石Ｇを矢印Ｒ₂ 方向に回転させる。なお、ギア17，18は、プーリとベルト等の他の動力伝達機構に変更することも自由であり、所望により、第１モータＭ₁ と直接的に球形砥石Ｇに連動連結するも自由である（図示省略）。

なお、図１に於て、第１モータＭ₁ やギア17，18等を、大径回転軸部13の収納空間13Ａに取付ける部材等は、図示を簡略化乃至図示省略している。
第２モータＭ₂ 及び第１モータＭ₁ を同時に回転させれば、図３及び図４にて既に説明した、砥石本体２を頂点とする倒立円錐形状軌跡Ｋを描く首振り（ゴマスリ）運動を行い得る。

また、図２に示した作業工具（機械）10について説明すると、第１モータＭ₁ を内有した円筒形ケーシング11Ａの下端面に、突出状として球形砥石Ｇを掴持させ、一軸心Ｌ₅ 廻りに、矢印Ｒ₂ 方向に回転駆動（自転）する。しかも、この円筒形ケーシング11Ａ―――即ち、上記一軸心Ｌ₅ ―――を、被加工板部20に垂直を成す一軸心（垂直線）Ｌ₉₀に対して、所定の前記角度θを成すように傾斜させた姿勢で、ロボットアーム19をもって掴持する。
図２では、ロボットの一部位を示すが、前記一軸心（垂直線）Ｌ₉₀の廻りに回転自在なアーム取付基部21の下端に、垂下状にアーム19を取付け、しかも、このアーム取付基部21が、一軸心Ｌ₉₀廻りに矢印Ｒ₉₀方向に回転すれば、円筒形ケーシング11Ａ及び球形砥石Ｇの軸部５が、図３に示した倒立円錐形状軌跡Ｋを描く運動を行う。

そして、アーム取付基部21を（図外の直線往復アクチュエータにて）下降させてゆけば、図４（Ａ）から同図（Ｂ）と（Ｃ）のように、被加工板部20に貫孔８を形成できる。なお、図１の場合は作業工具10全体を下降させれば良い。
なお、図２に示したようなシンプルな円筒形状のケーシング11Ａ、及び、その下端面に突出状に取着された球形砥石Ｇを、（ロボットアーム19の代りに）作業者の手で握って、同様の倒立円錐形状軌跡Ｋを描く首振り運動をさせて、図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、穿孔加工を行うことも、できる。

図８は、球形砥石Ｇを、さらに具体的に図示した図であって、本発明に係る球形砥石Ｇは、その軸部５と、砥石本体２の球形の芯材２Ａが、鋼鉄製で、一体ものから成ると共に、砥石本体２は、芯材２Ａと、その外面に溶着被覆したダイヤモンド砥粒層４とから成っている。
また、図９は球形砥石Ｇの変形例を示す。この図９では、軸部５と砥石本体２の間に、緩いテーパ状の先端縮径円錐部６が、介設される。

砥石本体２については、図８の場合と同様に構成され、鋼鉄製の球形芯材２Ａと、その表面に溶着被覆したダイヤモンド砥粒層４と、から成る。しかも、円錐部６は、軸部５と芯材２Ａと一体ものの鋼鉄製芯材６Ａ、及び、その芯材６Ａに被覆したダイヤモンド砥粒層６Ｂと、から成る。
図９に示した形状の球形砥石Ｇは、その先端の球形砥石本体２によって、図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）及び図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）等にて既述した穿孔加工を行い得る。しかも、先端縮径円錐部６によって、孔の開口端の面取りを行ったり、孔をテーパ孔に追加加工したり、孔径を増加する加工等も、行うことができる。

次に、本願発明の作動と作用効果について述べる。図６の矢印Ｃ₇ 方向から見た図７に於て、軸心Ｌ₅ が、球形の砥石本体２の下端外面と交わる点をＯ₅ とすると、この点（極点）Ｏ₅ から、ラジアル方向に、離れれば離れる程、回転速度（周速）が、Ｖ₁ ，Ｖ₂ ，Ｖ₃ と順次増加する。本発明にあっては、砥石本体２の周速ゼロとなる点（極点）Ｏ₅ とＯ₅ ´を全く研削に使用しないで、砥石本体２の周速が最大周速Ｖ₃ である赤道Ｙ及びその赤道Ｙから所定の緯度領域（低中緯度帯域22）を研削に活用している。つまり、図６と図７に於て、斜線にて示した部位Ｚ₀ が、本発明にあって、穿孔用研削に用いる研削ゾーンであって、両極点Ｏ₅ ，Ｏ₅ ´及びその近傍の高緯度帯域25を、研削に使用しない。

なお、従来にあっては（図示省略するが）、球形砥石Ｇの軸部５を被加工板部20の表面に対して垂直に保ちつつ回転駆動させ、最初に極点Ｏ₅ を被加工板部20の表面に押圧させて孔加工を開始せんとしていたため、その押圧点（当接点）が振れ動いて、正確な位置に穿孔できないという問題があり、また、穿孔開始直後の研削もスピーディに行えないという問題もあった。
これに対し、本発明では、図１〜図４に示すように、正確な位置（点）から研削が可能となり、かつ、穿孔開始直後から穿孔終了まで、スピーディに研削を行い得る。

図３と図４と図５、及び、図６と図７等に基づいて、さらに具体的に本発明の作動と作用効果に関し、説明する。
図４（Ａ）に於て、Ｏ₂₀は穿孔開始点を示しており、図１，図２，図３に示すような矢印Ｒ₂ 方向の自転運動、及び、矢印Ｒ₉₀に示す倒立円錐形状軌跡Ｋを描く首振り運動を、同時に行いつつ、送りＦ₂₀を垂直線Ｌ₉₀に沿って与えると、まず、穿孔開始点に於て砥石本体２が研削を開始する。この際、図５（Ａ）に示す研削開始リング線Ｒ₁ が被加工板部20に当接するが、球状砥石本体２の中心点（頂点Ｐ）から見て、所定角度θだけ極点Ｏ₅ から赤道Ｙに近づいた緯度に沿った線が、研削開始リング線Ｒ₁ となっている（図４（Ａ），図５（Ａ），図６，図７参照）。

従って、図７に矢印Ｖ₂ をもって示した比較的大き目の周速にて、穿孔開始の研削を行うことができる。
言い換えると、極点Ｏ₅ では、周速はゼロであり、本発明ではこのような極点Ｏ₅ から赤道Ｙへ少し近づいたリング線Ｒ₁ の緯度に於て、研削を開始する。

引続き、前述の自転と首振り運動を継続して、送りＦ₂₀を付与すれば、図４（Ａ）と図５（Ａ）から、図４（Ｂ）と図５（Ｂ）に示す如く、球状の砥石本体２の研削部位Ｚが、赤道Ｙを越えて、他の極点Ｏ₅ ´の存在する半球領域に到る。
つまり、図４（Ａ）から（Ｂ）に連続的に穿孔（研削）作業を行えば、球状の砥石本体２の研削部位Ｚは、赤道Ｙに到り、図７の最大周速Ｖ₃ をもって能率の良い研削を行いつつ、他の極点Ｏ₅ ´のある半球の研削部位Ｚに到る。

引続いて前述の自転と首振り運動を継続して、送りＦ₂₀を付与すれば、図４（Ｂ）と図５（Ｂ）から、図４（Ｃ）と図５（Ｃ）に示す如く、球状の砥石本体２の研削部位Ｚが、他の極点Ｏ₅ ´にしだいに近づいてゆき、中緯度の研削（穿孔加工）完了リング線Ｒ₃ を描きつつ研削を行う。

このように、図４（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）、及び、図５（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）と、順次、砥石本体２の研削部位Ｚを移動させながら、結局、図６に示す如く、赤道Ｙを含む低中緯度帯域22（図６の斜線部位Ｚ₀ 参照）を穿孔のための研削に活用し、砥石本体２の周速ゼロとなる点（極点）Ｏ₅ とＯ₅ ´は、全く研削に使用しない。
図４（Ｃ）に示した状態で、穿孔のための研削が完了するので、送りＦ₂₀と逆方向―――上方向―――に戻せば、穿孔作業は、終了である。

なお、本発明に於て、軸部５の軸心Ｌ₅ が被加工板部20に対して傾ける傾斜角度βは、30°以上50°以下に設定したが、上限値を越すと、穿孔開始点Ｏ₂₀の周速Ｖ₂が過小となって、従来例で述べたように、穿孔開始点の位置がぶれたり振れたりして所定の位置に正確に孔を加工でき難くなる。逆に、下限値以下であると、軸部５が穿孔完了状態（図４（Ｃ）参照）において、孔の内周部と干渉する危険がある。

本発明は、以上詳述したように、砥粒を表面に有する球形の砥石本体２と、該砥石本体２から突設された作業工具掴持用の軸部５とから成る球形砥石Ｇを、上記軸部５の軸心Ｌ₅ 廻りに自転させつつ、被加工板部20の表面に対して、30°以上50°以下の傾斜角度βとなるように上記軸部５の軸心Ｌ₅ を傾斜させて、上記砥石本体２を頂点Ｐとする倒立円錐形状軌跡Ｋを描く首振り運動を、上記球形砥石Ｇに行って、上記被加工板部20の厚み方向に送りＦ₂₀を付与し、被加工板部20に貫孔８を形成する穿孔加工方法であるので、セラミック等の硬質の被加工板部に、美しい孔を迅速に（能率良く）明けることができる。特に、穿孔開始点Ｏ₂₀（穿孔予定点）がぶれたり、芯ずれしたりせずに、正確な孔明け開始を、かつ、孔開口部周縁に欠けや破裂を発生せず、能率良く美しい孔を明けることが可能となった。

また、上記球形砥石Ｇの上記軸部５、及び、上記砥石本体２の芯材２Ａが、鋼鉄製であり、しかも、上記砥石本体２は上記芯材２Ａと該芯材２Ａに溶着被覆したダイヤモンド砥粒層４とから成るので、穿孔加工用として、寿命が長く、安定して美しい孔を、硬質の被加工板部20に確実かつ能率良く、加工することが可能となる。

２砥石本体
２Ａ芯材
４ダイヤモンド砥粒層
５軸部
８貫孔
20 被加工板部
22 低中緯度帯域
25 高緯度帯域
Ｇ球形砥石
Ｙ赤道
Ｋ倒立円錐形状軌跡
Ｐ頂点
Ｌ₉₀ 垂直線
β 傾斜角度
Ｌ₅ 軸心
Ｆ₂₀ 送り
Ｏ₂₀ 穿孔開始点（穿孔開始予定点）

Claims

砥粒を表面に有する球形の砥石本体（２）と、該砥石本体（２）から突設された作業工具掴持用の軸部（５）とから成る球形砥石（Ｇ）を、上記軸部（５）の軸心（Ｌ₅ ）廻りに自転させつつ、
かつ、被加工板部（20）の表面に対して、30°以上50°以下の傾斜角度（β）となるように上記軸部（５）の軸心（Ｌ₅ ）を傾斜させて、球形の上記砥石本体（２）の中心点を頂点（Ｐ）とする倒立円錐形状軌跡（Ｋ）を描く首振り運動を、上記球形砥石（Ｇ）に行いつつ、
上記被加工板部（20）の厚み方向に送り（Ｆ₂₀）を付与し、
被加工板部（20）に貫孔（８）を形成することを特徴とする穿孔加工方法。
上記球形砥石（Ｇ）の上記軸部（５）、及び、上記砥石本体（２）の芯材（２Ａ）が、鋼鉄製であり、しかも、上記砥石本体（２）は上記芯材（２Ａ）と該芯材（２Ａ）に溶着被覆したダイヤモンド砥粒層（４）とから成る請求項１記載の穿孔加工方法。