JP4566375B2 - メタルボンド工具 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタルボンド工具に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、石材、コンクリート又は壁等に穴あけを行う場合、電気ドリルにダイヤモンドコアビットを装着して行うのが一般的であった。この穴あけ方法によると、ダイヤモンドコアビットの回転数が1000〜2700rpmと低いため、瞬時に石材等に切れ込むことができない。
【0003】
そのため、中心部にセンタースティックを取り付け、センタースティックを基準としてダイヤモンドコアビットが材料を少し切り込んだところでセンタースティックを外し、コアビットのみで穴あけを行うようにしていた。
【0004】
このダイヤモンドコアビットはインプリグネイテッド焼結工具であり、ダイヤ突出量が小さいため湿式(穴あけ中に水をかける)でなければ穴あけ能力を発揮できない。
【0005】
従って、ホースで水をかけながら穴あけを行ったり、或いはダイヤモンドコアビット内部に水を浸したスポンジを挿入し、スポンジから供給される切削水で穴あけを行っていた。
【0006】
ダイヤモンドコアビットの中心部にセンタースティックを取り付ける代わりに、穴あけすべき材料表面に接着シートを介してガイドリングを取り付け、このガイドリングを基準に電気ドリルに取り付けたダイヤモンドコアビットで穴あけを行うという方法もあった。
【0007】
上述した従来の穴あけ方法によると、穴あけに手間がかかるのに加えて、湿式で穴あけを行うため室内等の汚してはいけないところでは穴あけが不可能であるという問題があった。
【0008】
他の穴あけ方法として、石材用ボーリングマシンを被切削剤表面にねじ止めし、インプリグネイティッドタイプのコアドリルで穴あけを行うという方法もあった。
【0009】
この穴あけ方法によると、石材用ボーリングマシンを被切削剤表面にねじ止めしなければならないため、ねじ穴加工や取り付けに手間がかかるという問題があった。また、上述した方法と同様に湿式で穴あけを行う必要があった。
【0010】
一方、石材等に形成した穴部の面取りには、従来はディスクグラインダーに小径の砥石を装着し、砥石の刃先角部を使って面取りを行うようにしていた。或いは、ディスクグラインダーに小径のカップホイールを装着し、カップホイールの外周角部で石材等に形成した穴部の面取りを行っていた。
【0011】
しかし、このような従来の面取り方法によると、砥石又はカップホイールの刃先角部を使用して面取りを行うため、砥石又はカップホイールの寿命が短いとともに面取り加工の出来映えがばらつくという問題があった。さらに、砥石又はカップホイールより小さい穴の面取りは不可能であった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、穴あけ位置決め治具を使用せずに、石材又はコンクリート等の硬い材料に容易に穴あけを行うことができるメタルボンド穴あけ工具を提供することである。
【0013】
本発明の他の目的は、石材又はコンクリート等の硬い材料に形成した小径穴の面取りが可能なメタルボンド面取り工具を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、開口した先端部を有する円筒状本体と、該円筒状本体と一体的に形成され、5000rpm以上で回転される回転工具に装着するための装着用ねじ穴及びスパナ係合部を有するシャンク部分と、前記円筒状本体の先端縁、開口した先端部の内周面及び外周面にロー材によりロー付けされた砥粒とを具備し、前記円筒状本体の先端縁及び外周面には互いに離間した複数の凹部が形成されており、前記ロー材はCu系合金を主成分とするボンド部材からなり、該ボンド部材はTi,Al及びこれらの混合物からなる群から選択された物質を含んでおり、砥粒と砥粒の間の前記ボンド部材最深部表面と突出した砥粒先端との間の距離を砥粒突出高さとするとき、平均砥粒突出高さは平均砥粒直径の30%以上であり、平均砥粒間隔は平均砥粒直径の200%以上であることを特徴とするメタルボンド工具が提供される。
【0015】
好ましくは、Cu系合金は10〜33wt%Snの青銅、5〜20wt%Znの黄銅及び5〜20wt%Alのアルミニウム青銅からなる群から選択される。更に好ましくは、砥粒はダイヤモンド、CBN(立方晶窒化ホウ素)、SiC及び超硬合金紛からなる群から選択される。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1を参照すると、本発明のメタルボンド穴あけ工具が装着可能な回転工具2の断面図が示されている。
【0017】
回転工具2としては、株式会社マキタのモデル9520BL等のディスクグラインダーが採用可能である。これらのディスクグラインダーは、例えば5000〜12000rpmで高速回転される。
【0018】
回転工具2の本体4内には概略的に示した直流モータ6、電源部8及びコントロール部10が収納されている。
【0019】
直流モータ6の出力軸(図示せず)は軸受14で支持された笠歯車12に連結されている。駆動シャフト16がボール軸受18及びニードル軸受20により回転可能に支持されており、駆動シャフト16と一体的に形成された笠歯車22が笠歯車12と噛み合っている。駆動シャフト16の先端部にはフランジ24及びねじ部26が形成されている。
【0020】
図2を参照すると、駆動シャフト16のねじ部26に第1参考例のメタルボンド穴あけ工具30を装着した状態が示されている。第1参考例のメタルボンド穴あけ工具30は、図3に最も良く示されるように、開口した先端部32aを有する円筒状本体32と、円筒状本体32と一体的に形成されたシャンク部分34とを有している。
【0021】
メタルボンド穴あけ工具30の円筒状本体32及びシャンク部分34は鋼から形成されている。円筒状本体32の先端縁32bには複数の(本参考例では6個の)凹部36が形成されている。
【0022】
円筒状本体32の先端縁32b,先端部32aの内周面及び外周面には多数のダイヤモンド砥粒40がメタルボンド部材38により接着され固定されている。
【0023】
本参考例では、円筒状本体32の先端縁32bから約8mmの内周面及び約15mmの外周面に多数のダイヤモンド砥粒40がメタルボンド部材38により固定されている。
【0024】
以下、第1参考例のメタルボンド穴あけ工具30の製造方法について説明する。以下の説明において、%は全て質量%で表すものとし、それ以外の%、例えば原子%(atm%)の場合には特に表示する。
【0025】
23%Snの青銅粉末66%と、Ti化合物粉末11%と、有機粘性材料としてのステアリン酸20%を混練器にてよく撹拌し混練して、ペースト状混合物を得る。
【0026】
このペースト状混合物を円筒状本体32の内周面及び外周面にヘラ等を使用して塗布する。メタルボンドの厚さを目標の厚さにするため、厚みゲージ治具で余分な量のペースト状混合物を取り除き、ペースト状混合物を所定の均一な厚さとするのが好ましい。
【0027】
その後、必要な量のダイヤモンド砥粒をペースト状混合物上に散布し、付着させる。次いで、メタルボンド穴あけ工具30を真空炉中に入れ、真空度3.9Paまで真空引きし、温度950℃で20分間保持し、メタルボンド穴あけ工具30を真空炉から取出して常温まで冷却した。
【0028】
950℃で20分間真空炉中で工具を保持することにより、ペースト状混合物が溶融し、この溶融物が常温に冷却されて固化し、円筒状本体32に接着される。
【0029】
Tiは還元力によりダイヤモンド砥粒を濡らす性質があり、青銅によく溶ける。よって、ダイヤモンド砥粒40はメタルボンド部材38に化学的に強く固着されるので、ダイヤモンド砥粒40がメタルボンド部材38から脱落することが防止される。
【0030】
図5の拡大断面図に示されるように、隣接する2つのダイヤモンド砥粒40の間のメタルボンド部材38最深部表面と突出したダイヤモンド砥粒40先端との間の距離を砥粒突出高さとするとき、平均砥粒突出高さgは平均砥粒直径dの30%以上であるのが好ましい。さらに、平均砥粒間隔lは平均砥粒直径dの200%以上であるのが好ましい。
【0031】
このように、ダイヤモンド砥粒40の平均砥粒突出高さgを従来の研削工具に比較して大きく取り、平均砥粒間隔lを大きく取ることにより、優れた研削性能又は穴あけ性能を発揮することができる。
【0032】
尚、平均砥粒高さgの大きさの調整が、ペースト状混合物の塗布厚さでコントロールできるが、一般的にはペースト状混合物の塗布厚さは平均砥粒直径dの70〜120%が好ましい。
【0033】
平均砥粒高さgは次のような方法で求めた。1個のメタルボンド穴あけ工具30中の任意の3ヶ所について、10粒/1ヶ所、計30粒の砥粒高さを計測し、計測した砥粒高さ値を相加平均したものを平均砥粒高さgとした。砥粒高さの計測は、局部の顕微鏡拡大による方法を採用した。
【0034】
ダイヤモンド砥粒の粒度は30〜400メッシュにするのが良い。砥粒はダイヤモンド砥粒に限定されるものではなく、CBN、炭化ケイ素、又は超硬合金紛の何れをも採用可能である。
【0035】
銅合金としては10から33%Snの青銅、5〜20%Znの黄銅、5〜20%Alのアルミニウム青銅が使用可能である。特にアルミニウム青銅の場合、加熱時の真空度を高くすると、Ti化合物紛を無添加でも砥粒をメタルボンドに接着できる。または、加熱時の真空度が低い場合でも、Ti化合物紛の少量の添加で砥粒をメタルボンドに接着できる。
【0036】
Ti化合物紛は50atm%Al−Ti(約36質量%Al)のTi化合物紛を使用している。Tiの含有量は、メタルボンド部材全体に対して10〜15%程度が望ましい。
Ti化合物紛の粒度は240〜350メッシュ程度が好ましい。
【0037】
Ti化合物紛に変えて、Ti紛、Al紛、又はAl化合物紛も使用可能である。Ti或いはAlはその還元力によりセラミック砥粒を濡らす性質があり、銅合金によく溶ける。さらに、銅合金の強度を増強する働きがあるためメタルボンド部材の添加剤として好適である。
【0038】
有機粘性材料としてはステアリン酸、パラフィン、ポリエチレングリコールなどの単体若しくは混合したものを使用すると良い。
【0039】
図3を再び参照すると、メタルボンド穴あけ工具30のシャンク部分34には装着用のねじ穴42と、メタルボンド穴あけ工具30を回転工具2のねじ部26に装着するためのスパナ係合部44が形成されている。
【0040】
円筒状本体32の基端部には複数の穴46が形成されている。これらの穴46は、切削刃部に発生する熱を外気で冷却するための空気取り入れ口として機能する。
【0041】
メタルボンド穴あけ工具30を駆動シャフト16のねじ部26に装着するときの回転方向は、作動時の駆動シャフト16の回転方向と逆方向にすべきである。このように設定することにより、穴あけ作業中にメタルボンド穴あけ工具30が駆動シャフト16から脱落することが防止される。
【0042】
図6(A)及び図6(B)は、例えばコンクリート製の壁48に本参考例のメタルボンド穴あけ工具30で穴あけ作業を行っている状態の説明図である。符号50は床を示している。
【0043】
図6(A)に示すように、まずメタルボンド穴あけ工具30を壁48の垂線に対して約5〜30度傾斜させて回転させる。ディスクグラインダー等の回転工具2に装着しているため、メタルボンド穴あけ工具30は6000〜12000rpmの回転数で高速回転されるため、壁48に瞬時に切りこみをつけることができる。
【0044】
切り込み形成後には、図6(B)に示すように、メタルボンド穴あけ工具30を壁48に対して概略垂直に保ちながら押すか、あるいは切り込み時よりも小さい傾斜角で回転させることにより、壁48に容易に穴あけをすることができる。
【0045】
ダイヤモンド砥粒40のメタルボンド部材38からの突出高さが高いため、穴あけ作業は水を必要とすることなく乾式で行うことができる。また、作業時の回転数が高いため瞬時に切り込みを形成できるので、穴あけ位置決め治具を使用せずに所定の位置に穴を開けることが可能である。
【0046】
図7を参照すると、本発明実施形態のメタルボンド穴あけ工具30Aの断面図が示されている。図8は図7の平面図である。本実施形態は、第1参考例に比べて肉厚の円筒状本体52を採用している。第1参考例と同様に、シャンク部54には装着用のねじ穴58とスパナ係合部60が形成されている。
【0047】
円筒状本体52の先端縁52b、先端部52aの内周面及び外周面には図に示されるように、多数のダイヤモンド砥粒40がメタルボンド部材38により接着固定されている。ダイヤモンド砥粒40の接着幅は、内周面で先端縁52bから約5〜10mm、外周面で約15〜20mm程度が適当である。
【0048】
図8に最もよく示されるように、本実施形態のメタルボンド穴あけ工具30Aは円筒状本体52の先端縁52bに複数の凹部(溝)56を有するとともに、その外周面にも複数の溝62を有している。このように先端縁52b及び外周面に溝を形成して変化をつけることにより、メタルボンド穴あけ工具30Aの切れ味を向上することができる。内周面にも同様な溝を形成してもよい。
【0049】
図9を参照すると、第2参考例のメタルボンド穴あけ工具30Bの断面図が示されている。本参考例では、円筒状本体64の外周面全面に渡り、多数のダイヤモンド砥粒40がメタルボンド部材により接着固定されている。シャンク部分66には装着用のねじ穴68が形成されている。
【0050】
本参考例のメタルボンド穴あけ工具30Bは、円筒状本体64の外周面全面に多数のダイヤモンド砥粒40が接着固定されているため、面取り工具として兼用することができる。
【0051】
図10を参照すると、第3参考例のメタルボンド面取り工具70の断面図が示されている。図11は図10の平面図である。メタルボンド面取り工具70は円筒状本体72と、円筒状本体72と一体的に形成されたシャンク部分74を有している。円筒状本体72及びシャンク部分74は鋼から形成されている。
【0052】
円筒状本体72の外周面全面には、多数のダイヤモンド砥粒40がメタルボンド部材により接着固定されている。シャンク部分74は装着用のねじ穴76とスパナ係合部78を有している。
【0053】
図11に示されるように、円筒状本体72の外周面には複数の溝80が形成されている。このように、円筒状本体72の外周面に溝80を形成して変化をつけたため、メタルボンド面取り工具70の切れ味が向上する。
【0054】
図12を参照すると、メタルボンド面取り工具70で面取り作業をしている様子が示されている。石材82は穴84を有しており、この穴84の外周を本参考例のメタルボンド面取り工具70で容易に面取りをすることができる。
【0055】
【発明の効果】
本発明の穴あけ工具では、砥粒はメタルボンドに化学的に強く固着されているので、砥粒がメタルボンドから脱落することなく長時間の安定した穴あけ性能を維持できる。
【0056】
また、高回転数のディスクグラインダー等に装着して使用されるため、水を使用せずに乾式で穴あけ作業が可能である。さらに、穴あけ位置決め用治具を使用せずに、所定の位置に所望の穴あけ作業を行うことができる。
【0057】
本発明のメタルボンド面取り工具では、砥粒はメタルボンドに化学的に強く固着されているので、砥粒がメタルボンドから脱落することなく長時間の安定した面取り性能を維持できる。
【0058】
さらに、メタルボンド面取り工具の外形を小さくすることが可能なので、小径穴の面取りも効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のメタルボンド穴あけ工具が装着されるのに適したディスクグラインダー等の回転工具の概略断面図である。
【図2】 メタルボンド穴あけ工具を装着した状態の回転工具の概略断面図である。
【図3】 第1参考例のメタルボンド穴あけ工具の縦断面図である。
【図4】 図3の平面図である。
【図5】 メタルボンド部の拡大断面図である。
【図6】 図6(A)は穴あけ作業開始時の説明図であり、図6(B)は初期の切り込みを形成した後の穴あけ作業の説明図である。
【図7】 本発明実施形態のメタルボンド穴あけ工具の縦断面図である。
【図8】 図7の平面図である。
【図9】 第2参考例のメタルボンド穴あけ工具の縦断面図である。
【図10】 第3参考例のメタルボンド面取り工具の縦断面図である。
【図11】 図10の平面図である。
【図12】 面取り作業の様子を示す説明図である。
【符号の説明】
2 回転工具
16 駆動シャフト
26 ねじ部
30 メタルボンド穴あけ工具
32 円筒状本体
34 シャンク部分
38 メタルボンド部材
40 ダイヤモンド砥粒
42 ねじ穴
44 スパナ係合部
48 壁
70 メタルボンド面取り工具
Claims (3)
- 開口した先端部を有する円筒状本体と、
該円筒状本体と一体的に形成され、5000rpm以上で回転される回転工具に装着するための装着用ねじ穴及びスパナ係合部を有するシャンク部分と、
前記円筒状本体の先端縁、開口した先端部の内周面及び外周面にロー材によりロー付けされた砥粒とを具備し、
前記円筒状本体の先端縁及び外周面には互いに離間した複数の凹部が形成されており、 前記ロー材はCu系合金を主成分とするボンド部材からなり、該ボンド部材はTi,Al及びこれらの混合物からなる群から選択された物質を含んでおり、
砥粒と砥粒の間の前記ボンド部材最深部表面と突出した砥粒先端との間の距離を砥粒突出高さとするとき、平均砥粒突出高さは平均砥粒直径の30%以上であり、
平均砥粒間隔は平均砥粒直径の200%以上であることを特徴とするメタルボンド工具。 - 前記Cu系合金は10〜33質量%Snの青銅、5〜20質量%Znの黄銅及び5〜20質量%Alのアルミニウム青銅からなる群から選択されることを特徴とする請求項1記載のメタルボンド工具。
- 前記砥粒はダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、SiC及び超硬合金紛からなる群から選択されることを特徴とする請求項1又は2記載のメタルボンド工具。
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