JP6982993B2 - 超砥粒工具 - Google Patents

Description

本発明は、超砥粒を用いた超砥粒工具に関する。

従来、木材、金属、セメント、ガラス等の材料に穴をあけるために様々な超砥粒工具が用いられている。例えば、基端側の円柱部と、円柱部の先端側に連なる凸曲部とを有する刃を備えた、いわゆるノンコアドリル型の超砥粒工具が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、円筒状の基体部と、基体部の端部に取り付けられた刃とを備えた、いわゆるコアドリル型の超砥粒工具が提案されている（例えば、特許文献２参照）。これら超砥粒工具の砥粒層の表面には、例えばダイヤモンド砥粒等の超砥粒が配置される。

特開２０１３−１６６６６６号公報 特開２０１６−０４９５７９号公報

従来から、ノンコアドリル型かコアドリル型かに拘わらず、超砥粒と結合材となる金属粉末との混合物を加熱焼結することが一般的に行われているが、砥粒の分散が不均一で加工性能や工具寿命にばらつきが生じるといった問題があった。

本発明は、安定した加工性能を有し、工具寿命が長い超砥粒工具を提供することを目的とする。

本発明は、回転軸を有する台金の端面に、超砥粒を金属層で被覆した造粒物が前記回転軸の方向に複数個結合されてなる超砥粒層を備えた、超砥粒工具に関する。

また、前記超砥粒層の形状は、前記回転軸と平行に延びる中心軸を有する円筒状または円柱状であってもよい。

また、前記超砥粒層は、厚みが０．１〜２．０ｍｍの円筒状であってもよい。

また、前記超砥粒層は、外径が０．５〜１０．０ｍｍの円柱状であってもよい。

また、前記超砥粒層の厚みまたは外径に対して超砥粒層の高さが２〜１０倍であってもよい。

また、前記超砥粒の平均粒径は、４０〜１５０μｍであってもよい。

また、前記造粒物の平均粒径は、超砥粒の平均粒径の１．２〜３．４倍であってもよい。

また、前記造粒物が前記超砥粒層の厚み方向に連続的に１〜１４個結合してもよい。

また、前記造粒物が前記超砥粒層の外径方向に連続的に１〜７０個結合してもよい。

また、前記超砥粒層は、前記金属層の主成分と異なる金属を含んでもよい。

また、前記金属層の成分は、タングステン単体またはその合金を含んでもよい。

また、前記超砥粒層は、無気孔であってもよい。

また、前記超砥粒層の台金側の砥粒密度は、先端側よりも高くてもよい。

また、前記超砥粒層の先端側の砥粒密度は、台金側よりも高くてもよい。

また、高硬度脆性材料の加工に用いてもよい。

本発明によれば、回転軸を有する台金の端面に、超砥粒を金属層で被覆した造粒物が前記回転軸の方向に複数個結合されてなる超砥粒層を備えることにより、安定した加工性能を有する超砥粒工具を提供することを目的とする。また、薄刃でありながら強度を備えているために、切断性能に優れ、加工精度の向上、長寿命の超砥粒工具を提供することを目的とする。

第１実施形態に係る超砥粒工具の全体構成を示す模式図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。 図１の超砥粒層を拡大した図である。 第２実施形態に係る超砥粒工具の全体構成を示す模式図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素または同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る超砥粒工具について、図１〜図２を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係る超砥粒工具の全体構成を示す模式図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。詳細には、図１（ａ）は、回転軸方向Ｈ１に対して垂直方向から超砥粒工具１を視た図であり、図１（ｂ）は、超砥粒層２０の先端から基端に向けて回転軸方向Ｈ１に超砥粒工具１を視た図である。図２は、図１の超砥粒層を拡大した図である。

第１実施形態に係る超砥粒工具は、超砥粒層が台金の回転軸Ｊ１と平行な中心軸ｊ１を有する円筒状に形成される、いわゆるコアドリル型の超砥粒工具である。図１に示すように、超砥粒工具１は、台金１０と、超砥粒層２０とを備える。

超砥粒工具１が加工する対象としては、特に限定されないが、例えば、高硬度脆性材料が挙げられる。具体的な高硬度脆性材料としては、特に限定されないが、サファイア、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ジルコニア、ガラス等が挙げられる。

台金１０は、回転軸Ｊ１の方向（以下「回転軸方向Ｈ１」ともいう）に延びる細長い円筒状に形成されている。台金１０の端面（先端側）には、円筒状に超砥粒層２０が固定されている。台金１０の基端側は、例えば超砥粒工具１を回転させる回転装置に接続される。

超砥粒層２０は、台金１０の端面に固定されている。本実施形態においては、超砥粒層２０は、台金１０の回転軸Ｊ１と平行に延びる中心軸ｊ１を有する円筒状に形成される。また、超砥粒層２０には、溝部３０が設けられている。溝部３０は、超砥粒層２０の先端から基端側に向けて延びている。両軸Ｊ１，ｊ１は、図１に示すように一致していてもよく、あるいは一致していなくてもよい。

超砥粒層２０は、複数の造粒物２１と結合材２６とを有する（図２を参照）。造粒物２１は、超砥粒２２を金属層２４で被覆して形成される。

造粒物２１は、少なくとも、回転軸Ｊ１の方向（回転軸方向Ｈ１）に複数個結合しており、これにより、超砥粒層２０が形成される（図１（ａ）を参照）。本実施形態においては、造粒物２１は、周方向Ｒ１および厚み方向Ｄ１にも、連続的に配置される。更に、造粒物２１は、回転軸方向Ｈ１、周方向Ｒ１および厚み方向Ｄ１に、砥粒密度が等しくなるように配置される。ここで砥粒密度とは、超砥粒層２０の単位体積当たりの超砥粒２２の体積の比率を言う。

超砥粒２２は、造粒物２１の形で、超砥粒層２０に分散して配置される。具体的な超砥粒２２としては、特に限定されないが、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ（Ｃｕｂｉｃ ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）砥粒が挙げられる。超砥粒２２としては、ニッケル、チタン等の金属膜等によりコーティングされたコーティング砥粒も用いることができる。超砥粒２２の平均粒径が小さすぎると、超砥粒層２０から超砥粒２２が脱落しやすくなる。反対に、超砥粒２２の平均粒径が大きすぎると、超砥粒２２の自生作用（超砥粒層２０が摩耗しても、新たな超砥粒２２が露出すること）が効果的に発揮されにくくなる。超砥粒２２の平均粒径は、例えば、４０〜１５０μｍであり、好ましくは８０〜１２０μｍである。

超砥粒２２は、１つの造粒物２１に対して少なくとも１つ以上配置される。また、造粒物２１内で超砥粒２２が凝集しないように、１つの造粒物２１に対して３つ以下配置されることが好ましく、１つ配置されることがより好ましい。

金属層２４は、超砥粒層２０のうち、超砥粒２２を被覆する層である。金属層２４が超砥粒２２を被覆すると、超砥粒２２同士の間に、金属層２４が配置される。そのため、超砥粒２２同士は隣接しない。つまり、本実施形態においては、超砥粒２２は凝集しない。超砥粒層２０において超砥粒２２が凝集しないので、材料を加工する場合に超砥粒層２０に加わる負荷（以下、単に「加工負荷」ともいう）は分散する。

なお、金属層２４は、必ずしも複数の超砥粒２２の全表面を被覆するわけではない。後述するように、超砥粒層２０の表面に対して、研磨、ドレッシング、ブラスト加工等が行われるため、超砥粒２２の表面の一部は、超砥粒層２０の表面に露出する。例えば、この露出した一部においては、金属層２４は、超砥粒２２を被覆していない。

造粒物２１の平均粒径が小さすぎると、超砥粒層２０から超砥粒２２が脱落しやすくなる。反対に、造粒物２１の平均粒径が大きすぎると、超砥粒層２０の強度が低下するため、工具寿命を長くすることが難しい。金属層２４により、造粒物２１の平均粒径は、例えば、超砥粒２２の平均粒径の１．２〜３．４倍に、好ましくは２．０〜２．５倍に増大する。

結合材２６は、造粒物２１同士の隙間を埋めるように配置される。そのため、超砥粒層２０は全体として無気孔となる。これにより、気孔がある超砥粒層と比較して、造粒物２１同士の結合の強度を高くできる。
なお、本明細書において、無気孔とは意図的な気孔が形成されていないことを意味し、製造上意図しない気孔が形成されることを排除するものではない。

また、結合材２６は、金属層２４の主成分（金属粉末の成分）と異なる金属を含む。後述するように、造粒物２１と、結合材２６とを混合して焼結することにより超砥粒層２０が形成される。そのため、超砥粒層２０は、金属層２４の主成分（金属粉末の成分）と異なる金属（結合材２６として用いられる金属）を含む。

溝部３０は、超砥粒工具１の超砥粒層２０の先端（回転軸方向Ｈ１の先端）から、超砥粒層２０の基端に向けて中心軸ｊ１と平行に延びる溝である。溝部３０は、周方向Ｒ１に複数個設けられている。超砥粒工具１の使用によって生ずる切粉は、溝部３０を介して、穴の外に排除される。本実施形態においては、造粒物２１の平均粒径よりも大きい幅ｓ１を有する溝部３０が、超砥粒層２０に周方向Ｒ１に１８０度ピッチで２つ形成される。これにより、加工負荷により造粒物２１から脱落した超砥粒２２は、穴の外に排除されやすく、その結果、工具寿命をより長くすることができる。

続いて、図１を用いて超砥粒層２０の形状について詳細に説明する。上述の通り、造粒物２１により、超砥粒層２０内で超砥粒２２が凝集しないので、超砥粒層２０の形状に依らず第１実施形態に係る超砥粒工具１の加工性能は安定し、工具寿命は長くなる。しかし、超砥粒層２０の形状によっては、工具寿命をより長くすることが難しい場合がある。例えば、厚みｔ１が小さい程、超砥粒層２０の強度が低下するため、工具寿命をより長くすることが難しい。反対に、厚みｔ１が大きい程、超砥粒層２０と加工する材料との接触面積が大きくなる。接触面積が大きい程、超砥粒層２０全体に加工負荷を分散することは難しいため、工具寿命をより長くすることが難しい。

超砥粒層２０の厚みｔ１は、例えば、０．１〜２．０ｍｍ、好ましくは０．３〜１．０ｍｍである。また、造粒物２１の大きさによっても異なるが、造粒物２１は、例えば、超砥粒層２０の厚み方向Ｄ１に連続的に１〜１４個、好ましくは２〜７個結合している。

また、超砥粒層２０は、円筒状なので、超砥粒層２０の外径Φ１は、少なくとも厚みｔ１の２倍以上に形成される必要がある。超砥粒層２０の外径Φ１は、厚みｔ１によっても異なるが、例えば、１．５〜２０ｍｍ、好ましくは５〜１５ｍｍである。

また、超砥粒層２０は、例えば、厚みｔ１に対して超砥粒層の高さｈ１が２〜１０倍、好ましくは６〜８倍の円筒状に形成される。なお、超砥粒層２０の高さｈ１は、回転軸方向Ｈ１の長さである。高さｈ１が２倍未満であると、超砥粒層２０が摩耗した場合に工具寿命が短くなる。また、深い穴を加工することが難しくなるという使用上の問題もある。反対に、高さｈ１が１０倍を超えると、超砥粒層２０の強度（特に、基端側の超砥粒層２０の強度）が弱くなり、工具寿命が短くなる。

続いて、造粒物２１および超砥粒層２０の形成方法について説明する。
造粒物２１は、超砥粒２２を金属粉末と混合して造粒することで形成される。造粒の方法は特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。造粒により、超砥粒２２は、１層または２層以上の金属層２４により被覆される。造粒に用いられる金属粉末は、特に限定されず、タングステン、銅、コバルト、ニッケル、錫、銀、マンガン、クロム、その炭化物、これらの合金、これらの混合物等を用いることができる。本実施形態においては、金属粉末は、少なくともタングステン単体またはその合金を含む。つまり、金属層２４の成分は、タングステン単体またはその合金を含む。

超砥粒層２０は、造粒物２１と、結合材２６とを混合して焼結することにより形成される。焼結の方法は、特に限定されず、ホットプレス法、フリーシンタ法、浸透法、ホットコイニング法、抵抗焼結法等の従来公知の方法を用いることができる。焼結に伴い、造粒物２１同士の隙間が結合材２６によって充填されるので、超砥粒層２０は全体として無気孔になる。

形成された超砥粒層２０の表面に対して、研磨、ドレッシング、ブラスト加工等を行い、超砥粒２２を超砥粒層２０の表面に露出させる。このようにして、本実施形態に係る超砥粒工具１の超砥粒層２０が形成される。

第１実施形態に係る超砥粒工具１は、穴あけ加工の他、座繰り加工、ツルアー加工にも用いられる。

以上説明したように構成された第１実施形態に係る超砥粒工具１は、回転軸Ｊ１を有する台金１０の端面に、超砥粒２２を金属層２４で被覆した造粒物２１が回転軸方向Ｈ１に複数個結合されてなる超砥粒層２０を備える。金属層２４が超砥粒２２を被覆するため、超砥粒層２０内で超砥粒２２が凝集しなくなる。そのため、超砥粒層２０内で加工負荷を分散させることができる。これにより、超砥粒工具の加工性能は安定し、工具寿命を長くすることができる。

また、超砥粒層２０は、台金１０の回転軸Ｊ１と平行に延びる中心軸ｊ１を有する円筒状に形成される。そのため、超砥粒工具１は、いわゆるコアドリルとして使用できる。

また、金属層２４の成分は、タングステン単体またはその合金を含む。硬質のタングステンを用いることにより、超砥粒層２０において金属層２４の部分の強度を向上させることができる。また、超砥粒層２０は、無気孔であるため、気孔がある超砥粒層と比較して、造粒物２１同士が結合する強度を高くできる。また、超砥粒層２０は、金属層２４の主成分と異なる金属を含む。これにより、造粒物２１同士が結合する強度を高くできる。これらの構成により、超砥粒工具の工具寿命をより長くすることができる。また、この超砥粒工具１は、高硬度脆性材料の加工に用いることもできる。

（第２実施形態）
まず、本発明の第２実施形態に係る超砥粒工具について、図３を用いて説明する。
図３は、第２実施形態に係る超砥粒工具の全体構成を示す模式図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。詳細には、図３（ａ）は、回転軸方向Ｈ２に対して垂直方向から超砥粒工具１Ａを視た図であり、図３（ｂ）は、超砥粒層２０Ａの先端から基端に向けて回転軸方向Ｈ２に超砥粒層２０Ａを視た図である。

第２実施形態については、主に第１実施形態との相違点について説明する。そのため、第１実施形態と同一（又は同等）の構成については、詳細な説明を省略する。また、第２実施形態において特に説明しない点については、第１実施形態の説明が適宜に適用又は援用される。第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が奏される。第３実施形態及び第４実施形態についても同様である。

第２実施形態に係る超砥粒工具１Ａにおいては、超砥粒層２０Ａは、台金１０Ａの回転軸Ｊ２と平行な中心軸ｊ２を有する円柱状に形成される、いわゆるノンコアドリル型の超砥粒工具である。図３に示すように、超砥粒工具１Ａは、台金１０Ａと、超砥粒層２０Ａとを備える。

台金１０Ａは、回転軸Ｊ２の方向（以下「回転軸方向Ｈ２」ともいう）に延びる細長い円柱状に形成されている。台金１０Ａの端面（先端側）には、円柱状の超砥粒層２０Ａが固定されている。台金１０Ａの基端側は、例えば超砥粒工具１Ａを回転させる回転装置に接続される。

超砥粒層２０Ａは、台金１０Ａの端面に固定されている。本実施形態においては、超砥粒層２０Ａは、台金１０Ａの回転軸Ｊ２と平行に延びる中心軸ｊ２を有する円柱状に形成される。また、超砥粒層２０Ａには、溝部３０Ａが設けられている。溝部３０Ａは、超砥粒層２０Ａの先端から基端側に向けて螺旋状に延びている。両軸Ｊ２，ｊ２は、図３に示すように一致していてもよく、あるいは一致していなくてもよい。

超砥粒層２０Ａは、複数の造粒物２１と結合材２６とを有する（図２を参照）。造粒物２１は、超砥粒２２を金属層２４で被覆して形成される。これら、超砥粒２２、金属層２４、結合材２６について、第１実施形態と重複する説明は省略する。

造粒物２１は、少なくとも、回転軸Ｊ２の方向（回転軸方向Ｈ２）に複数個結合しており、これにより、超砥粒層２０Ａが形成される（図３（ａ）を参照）。本実施形態においては、造粒物２１は、周方向Ｒ２および外径方向Ｄ２にも、連続的に配置される。更に、造粒物２１は、回転軸方向Ｈ２、周方向Ｒ２および外径方向Ｄ２に、砥粒密度が等しくなるように配置される。

溝部３０Ａは、超砥粒工具１Ａの超砥粒層２０Ａの先端（回転軸方向Ｈ１の先端）から、超砥粒層２０の基端に向けて中心軸ｊ１に対して螺旋状に延びる溝である。溝部３０Ａは、周方向Ｒ２に複数個設けられている。超砥粒工具１Ａの使用によって生ずる切粉は、溝部３０Ａを介して、穴の外に排除される。本実施形態においては、造粒物２１の平均粒径よりも大きい幅ｓ２を有する溝部３０Ａが、超砥粒層２０Ａに周方向Ｒ２に１８０度ピッチで２つ形成される。これにより、加工負荷により造粒物２１から脱落した超砥粒２２は、穴の外に排除されやすく、その結果、工具寿命をより長くすることができる。

続いて、超砥粒層２０Ａの形状について詳細に説明する。造粒物２１により、超砥粒層２０Ａ内で超砥粒２２が凝集しないので、超砥粒層２０Ａの形状に依らず第２実施形態に係る超砥粒工具１の加工性能は安定し、工具寿命は長くなる。しかし、超砥粒層２０Ａの形状によっては、工具寿命をより長くすることが難しい場合がある。例えば、外径Φ２が小さい程、超砥粒層２０Ａの強度が低下するため、工具寿命をより長くすることが難しい。反対に、外径Φ２が大きい程、超砥粒層２０Ａと加工する材料との接触面積が大きくなる。接触面積が大きい程、超砥粒層２０Ａ全体に加工負荷を分散することは難しいため、工具寿命をより長くすることが難しい。

超砥粒層２０Ａの外径Φ２は、例えば、０．５〜１０．０ｍｍ、好ましくは１．０〜５．０ｍｍである。また、造粒物２１の大きさによっても異なるが、造粒物２１は、例えば、超砥粒層２０Ａの外径方向Ｄ２に連続的に１〜７０個、好ましくは２〜３５個結合している。

また、超砥粒層２０Ａは、例えば、外径Φ２に対して超砥粒層の高さｈ２が２〜１０倍、好ましくは６〜８倍の円柱状に形成される。なお、超砥粒層２０Ａの高さｈ２は、回転軸方向Ｈ２の長さである。高さｈ２が２倍未満であると、超砥粒層２０Ａが摩耗した場合に工具寿命が短くなる。また、深い穴を加工することが難しくなるという使用上の問題もある。反対に、高さｈ２が１０倍を超えると、超砥粒層２０Ａの強度（特に、基端側の超砥粒層２０の強度）が弱くなり、工具寿命が短くなる。

以上説明したように構成された第２実施形態に係る超砥粒工具１Ａは、回転軸Ｊ２を有する台金１０Ａの端面に、超砥粒２２を金属層２４で被覆した造粒物２１が回転軸方向Ｈ２に複数個結合されてなる超砥粒層２０Ａを備える。また、超砥粒層２０Ａは、台金１０Ａの回転軸Ｊ２と平行に延びる中心軸ｊ２を有する円柱状に形成される。そのため、超砥粒工具１Ａは、いわゆるノンコアドリルとして使用できる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る超砥粒工具について説明する。第３実施形態に係る超砥粒工具は、第１実施形態に係る超砥粒工具のようなコアドリル型の超砥粒工具であってもよく、第２実施形態に係る超砥粒工具のようなノンコアドリル型の超砥粒工具であってもよい。

第３実施形態に係る超砥粒工具は、超砥粒層２０の砥粒密度が第１実施形態および第２実施形態に係る超砥粒工具と異なっている。それ以外の構成は、第１実施形態または第２実施形態に係る超砥粒工具と同様である。

第３実施形態に係る超砥粒層２０において、厚み方向（外径方向）および周方向の砥粒密度は、第１実施形態および第２実施形態と同様に等しくなる。一方で、台金の回転軸方向の砥粒密度は異なっている。具体的には、第３実施形態に係る超砥粒層２０の台金側（基端側）の砥粒密度は、先端側（刃先側）よりも高い。これにより、超砥粒層２０自体の剛性を維持しつつ初期の切れ味を向上できる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る超砥粒工具について説明する。第４実施形態に係る超砥粒工具は、第３実施形態に係る超砥粒工具と同様にコアドリル型の超砥粒工具であってもよく、ノンコアドリル型の超砥粒工具であってもよい。

第４実施形態に係る超砥粒工具は、超砥粒層２０の砥粒密度が第１実施形態〜第３実施形態に係る超砥粒工具と異なっている。それ以外の構成は、第１実施形態〜第３実施形態に係る超砥粒工具と同様である。

第４実施形態に係る超砥粒層２０において、厚み方向（外径方向）および周方向の砥粒密度は、第１実施形態〜第３実施形態と同様に等しくなる。一方で、台金の回転軸方向の砥粒密度は異なっている。具体的には、第４実施形態に係る超砥粒層２０の先端側（刃先側）の砥粒密度は、台金側（基端側）よりも高い。これにより、刃先の形状維持性を維持しつつ自生作用により切れ味の持続性を図ることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば、超砥粒層が、円筒状または円柱状である例を説明したが、これに限定されない。超砥粒層は、他の形状であってもよい。
また、超砥粒工具が高硬度脆性材料の加工に用いられる例を説明したが、他の材料（例えば木材等）の加工に用いられてもよい。
また、超砥粒が、造粒物に対して１つ配置される例を説明したが、複数個配置されてもよい。
また、溝部が周方向に複数個設けられる例を説明したが、溝部は１つ設けられてもよく、設けられなくてもよい。

次に、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１−１）
平均粒径が１２０μｍ（粒度表示としては＃１７０程度）の超砥粒を造粒し、平均粒径が超砥粒の２．５倍（３００μｍ）程度となる造粒物を得た。造粒物と、結合材とを混合し、厚みｔ１が１０００μｍ（厚み方向Ｄ１に造粒物およそ３個分）、外径Φ１が１０ｍｍ、高さＨ１が厚みｔ１に対しておよそ８倍の円筒状となるように焼結し、焼結体を得た。焼結体を研磨、ドレッシング、ブラスト加工し、表面に超砥粒を露出させた。これにより、実施例１−１の試験体を得た。

（実施例１−２〜実施例１−２１）
表１に示した平均粒径の超砥粒を用いて、表１に示した平均粒径の造粒物を得た。造粒物と、結合材とを混合し、表１に示した厚み、外径、長さ（高さ）となるように、焼結し、得られた焼結体の表面に超砥粒を露出させた。これにより、実施例１−２〜実施例１−２１の試験体を得た。

なお、表１に示したように、実施例１−２〜実施例１−５は、主に超砥粒の平均粒径が実施例１−１と異なっている。
また、実施例１−６〜実施例１−９は、主に超砥粒に対する造粒物の平均粒径が実施例１−１と異なっている。
また、実施例１−１０〜実施例１−１７は、主に超砥粒層の厚みｔ１が実施例１−１と異なっている。より具体的には、実施例１−１０〜実施例１−１３は、主に超砥粒層の厚み方向Ｄ１の長さ（μｍ）が実施例１−１と異なっている。実施例１−１４〜実施例１−１７は、主に超砥粒層の厚み方向Ｄ１に連続的に結合する超砥粒の数が実施例１−１と異なっている。
また、実施例１−１８〜実施例１−２１は、超砥粒層の高さＨ１のみが実施例１−１と異なっている。

（比較例１−１〜比較例１−２１）
表１に示したように、実施例１−１〜実施例１−２１と同じ平均粒径、個数の超砥粒を、造粒させずにメタルボンドと混合し、実施例１−１〜実施例１−２１と同様の厚み、外径、長さの円筒状となるように焼結し、得られた焼結体の表面に超砥粒を露出させた。これにより、比較例１−１〜比較例１−２１の試験体を得た。

各比較例では造粒物を用いないで焼結体を得たため、表１に示したように、比較例１−２〜比較例１−５は、超砥粒の平均粒径のみが比較例１−１と異なっている。
また、比較例１−６〜比較例１−９は、比較例１−１と同様である。
また、比較例１−１０〜比較例１−１７は、超砥粒の平均粒径と、超砥粒層の厚み方向Ｄ１への長さ（μｍ）が比較例１−１と異なっている。
また、比較例１−１８〜比較例１−２１は、超砥粒層の高さＨ１のみが比較例１−１と異なっている。

（実施例２−１）
平均粒径が１２０μｍ（粒度表示としては＃１７０程度）の超砥粒を造粒し、平均粒径が超砥粒の２．５倍（３００μｍ）程度となる造粒物を得た。造粒物と、結合材とを混合し、外径Φ２が１０００μｍ（外径方向Ｄ２に造粒物およそ３個分）、高さＨ２が外径Φ２に対しておよそ８倍の円柱状となるように焼結し焼結体を得た。焼結体を研磨、ドレッシング、ブラスト加工し、表面に超砥粒を露出させた。これにより、実施例２−１の試験体を得た。

（実施例２−２〜実施例２−２３）
表２に示した平均粒径の超砥粒を用いて、表２に示した平均粒径の造粒物を得た。造粒物と、結合材とを混合し、表２に示した外径、長さとなるように、焼結し、得られた焼結体の表面に超砥粒を露出させた。これにより、実施例２−２〜実施例２−２３の試験体を得た。

なお、表２に示したように、実施例２−２〜実施例２−５は、主に超砥粒の平均粒径が実施例２−１と異なっている。
また、実施例２−６〜実施例２−９は、主に超砥粒に対する造粒物の平均粒径が実施例２−１と異なっている。
また、実施例２−１０〜実施例２−１９は、主に超砥粒層の外径Φ２が実施例２−１と異なっている。より具体的には、実施例２−１０〜実施例２−１５は、主に超砥粒層の外径方向Ｄ２への長さ（μｍ）が実施例２−１と異なっている。実施例２−１６〜実施例２−１９は、主に超砥粒層の外径方向Ｄ２に連続的に結合する超砥粒の数が実施例２−１と異なっている。
また、実施例２−２０〜実施例２−２３は、超砥粒層の高さＨ２のみが実施例２−１と異なっている。

（比較例２−１〜実施例２−２３）
表２に示したように、実施例２−１〜実施例２−２３と同じ平均粒径、個数の超砥粒を、造粒させずにメタルボンドと混合し、実施例２−１〜実施例２−２３と同様の外径、長さの円柱状となるように焼結し、得られた焼結体の表面に超砥粒を露出させた。これにより、比較例２−１〜実施例２−２３の試験体を得た。

各比較例では造粒物を用いないで焼結体を得たため、表２に示したように、比較例２−２〜実施例２−５は、超砥粒の平均粒径のみが比較例２−１と異なっている。
また、比較例２−６〜実施例２−９は、比較例２−１と同様である。
また、比較例２−１０〜実施例２−１９は、超砥粒の平均粒径と、超砥粒層の外径方向Ｄ２への長さ（μｍ）が比較例２−１と異なっている。
また、比較例２−２０〜実施例２−２３は、超砥粒層の高さＨ２のみが比較例２−１と異なっている。

＜工具寿命比較試験＞
各実施例と、比較例との工具寿命を比較した。具体的には、比較例１−１の試験体を用いて、試験材料に穴をあけた。穴をあけるのに必要となった回転数と時間を記録し、比較例１−１の試験体のチッピング量Ｗ１を記録した。続いて、実施例１−１の試験体を用いて、比較例１−１の試験体と同一の試験材料に、同一の回転数、時間で穴をあけ、実施例１の試験体のチッピング量Ｗ２を記録した。チッピング量が多い程、工具寿命は短くなるため、実施例１−１の試験体のチッピング量Ｗ２に対する比較例１−１の試験体のチッピング量Ｗ１の比率（Ｗ１÷Ｗ２）を実施例１−１の長寿命化率とした。比較例１−２〜比較例１−２１、実施例１−２〜実施例１−２１に対しても同様の比較試験を行い、実施例１−２〜実施例１−２１の長寿命化率を求めた。比較例２−１〜比較例２−２３、実施例２−１〜実施例２−２３に対しても同様の比較試験を行い、実施例２−１〜実施例２−２３の長寿命化率を求めた。それぞれの実施例の長寿命化率を以下の評価基準で評価した。結果を表１および表２に示した。

（長寿命化率評価基準）
◎：長寿命化率が１６０％以上
○：長寿命化率が１４０％以上、１６０％未満
△：長寿命化率が１２０％以上、１４０％未満
×：長寿命化率が１００％以上、１２０％未満
−：長寿命化率が１００％未満

表１および表２に示したように、全実施例において、１００％以上の長寿命化率が確認された。これにより、各実施例の試験体は、超砥粒を造粒することで、工具寿命が長くなることが分かった。

また、表１に示したように、コアドリル型の試験体において、実施例１−２〜実施例１−５の長寿命化率を比較することで、砥粒の平均粒径が４０〜１５０μｍであることにより、長寿命化率がより高くなることが示された。

また、表１に示したように、コアドリル型の試験体において、実施例１−６〜実施例１−９の長寿命化率を比較することで、造粒物の平均粒径が超砥粒の平均粒径の１．２〜３．４倍であることにより、長寿命化率がより高くなることが示された。

また、表１に示したように、コアドリル型の試験体において、実施例１−１０〜実施例１−１３の長寿命化率を比較することで、超砥粒層の厚みが０．１〜２．０ｍｍであることにより、長寿命化率がより高くなることが示された。

また、表１に示したように、コアドリル型の試験体において、実施例１−１４〜実施例１−１７の長寿命化率を比較することで、造粒物が超砥粒層の厚み方向に連続的に１〜１４個結合することにより、長寿命化率がより高くなることが示された。

また、表１に示したように、コアドリル型の試験体において、実施例１−１８〜実施例１−２１の長寿命化率を比較することで、超砥粒層の厚みに対して超砥粒層の高さが２〜１０倍であることにより、長寿命化率がより高くなることが示された。

また、表２に示したように、ノンコアドリル型の試験体において、実施例２−２〜実施例２−５の長寿命化率を比較することで、砥粒の平均粒径が４０〜１５０μｍであることにより、長寿命化率がより高くなることが示された。

また、表２に示したように、ノンコアドリル型の試験体において、実施例２−６〜実施例２−９の長寿命化率を比較することで、造粒物の平均粒径が超砥粒の平均粒径の１．２〜３．４倍であることにより、長寿命化率がより高くなることが示された。

また、表２に示したように、ノンコアドリル型の試験体において、実施例２−１０〜実施例２−１５の長寿命化率を比較することで、超砥粒層の外径が０．５〜１０．０ｍｍであることにより、長寿命化率がより高くなることが示された。

また、表２に示したように、ノンコアドリル型の試験体において、実施例２−１６〜実施例２−１９の長寿命化率を比較することで、造粒物が超砥粒層の外径方向に連続的に１〜７０個結合することにより、長寿命化率がより高くなることが示された。

また、表２に示したように、ノンコアドリル型の試験体において、実施例２−２０〜実施例２−２３の長寿命化率を比較することで、超砥粒層の外径に対して超砥粒層の高さが２〜１０倍であることにより、長寿命化率がより高くなることが示された。

１，１Ａ 超砥粒工具
２０，２０Ａ 超砥粒層
２１ 造粒物
２２ 超砥粒
２４ 金属層
２６ 結合材
Ｊ１，Ｊ２ 回転軸
ｊ１，ｊ２ 中心軸
Ｈ１，Ｈ２ 回転軸方向
ｔ１ 厚み
Φ１，Φ２ 外径

Claims (12)

1. 回転軸を有する台金の先端側の前記回転軸に垂直な端面に、超砥粒を金属層で被覆した造粒物が結合材により前記回転軸の方向に複数個結合されてなる超砥粒層を備えた、超砥粒工具であって、
   前記超砥粒層が、前記結合材として前記金属層の主成分と異なる金属を含み、かつ、無気孔である、超砥粒工具。
2. 前記超砥粒層の形状は、前記回転軸と平行に延びる中心軸を有する円筒状または円柱状である請求項１に記載の超砥粒工具。
3. 前記超砥粒層は、厚みが０．１〜２．０ｍｍの円筒状である請求項２に記載の超砥粒工具。
4. 前記超砥粒層は、外径が０．５〜１０．０ｍｍの円柱状である請求項２に記載の超砥粒工具。
5. 前記超砥粒層の厚みまたは外径に対して超砥粒層の高さが２〜１０倍である請求項２〜４のいずれかに記載の超砥粒工具。
6. 前記超砥粒の平均粒径は、４０〜１５０μｍである請求項１〜５のいずれかに記載の超砥粒工具。
7. 前記造粒物の平均粒径は、超砥粒の平均粒径の１．２〜３．４倍である請求項１〜６のいずれかに記載の超砥粒工具。
8. 前記造粒物が前記超砥粒層の厚み方向に連続的に１〜１４個結合した請求項３に記載の超砥粒工具。
9. 前記造粒物が前記超砥粒層の外径方向に連続的に１〜７０個結合した請求項４に記載の超砥粒工具。
10. 前記金属層の成分は、タングステン単体またはその合金を含む請求項１〜９に記載の超砥粒工具。
11. 前記超砥粒層の台金側の砥粒密度は、先端側よりも高い請求項１〜１０のいずれかに記載の超砥粒工具。
12. 前記超砥粒層の先端側の砥粒密度は、台金側よりも高い請求項１〜１０のいずれかに記載の超砥粒工具。

Images