JP4693592B2

JP4693592B2 - 穿孔工具

Info

Publication number: JP4693592B2
Application number: JP2005313936A
Authority: JP
Inventors: 泰彦渡邉
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-10-28
Also published as: JP2007118133A

Description

本発明は、穿孔工具に関し、更に詳しくは、セラミックス等に細孔を穿設する穿孔工具に関する。

従来、例えばセラミックス等の非常に硬質の被削物に深い孔（例えば、孔径が４ｍｍで深さが３０ｍｍの孔）を穿設する場合、マシニングセンターにスピンドルスルー用軸付砥石を取り付け、この軸付砥石を回転させながら前記被加工物に押しつけることによって、孔加工を行っている（例えば、特許文献１参照）。

この軸付砥石の軸体の先端部表面には、砥石層が設けられており、また、軸体内を貫通する流通路が形成されている。そして、流通路の先端は、軸体の先端面部に開口しており、この開口部から研削液が吐出することにより、加工抵抗を低減させている。
特開平５−３１８３２６号公報

しかしながら、前記従来のスピンドルスルー用軸付砥石においては、硬質の被削材に孔を加工する場合は、先端の開口から吐出された研削液や切りくずが効率的に排出することができず、工具の送り速度を小さくする必要があるため、研削効率が低下するという問題があった。

また、工具の先端が軸体の周方向全体に亘って面取りされた略円錐台状に形成されている場合は、加工孔の底部を平底にするため、別途にサラエ加工をも施す必要があり、更に孔加工の作業性を低下させていた。

そこで、本発明は、孔加工の作業効率を向上させることができる穿孔工具を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明は、円柱状に形成された軸体の先端部に砥石層を設け、この軸体内に軸方向に沿って前記先端部に至るまで延びて、その開口端から研削液を吐出させる流通孔を穿設した穿孔工具において、前記軸体の先端部の角に、軸体の周方向に沿って等間隔に配置された面取部を複数設け、この面取部に対応する前記軸体の側面に、軸体の軸方向に沿って凹溝を延設すると共に、前記流通孔の開口端の一部を前記面取部に臨ませて配置したことを特徴としている。

本発明に係る穿孔工具によれば、軸体の先端部の角に、軸体の周方向に沿って等間隔に配置された面取部を複数設けているため、穿孔時に発生する切屑を加工点から工具の外周方向へ効率的に排出することができ、また、研削液を加工点へ安定して供給することができる。また、面取部に対応する前記軸体の側面に、軸体の軸方向に沿って凹溝を延設しているため、開口端から吐出された研削液や切屑を凹溝を介して効率的に排出することができる。さらに、流通孔の開口端の一部を前記面取部に臨ませて配置したため、切屑排出のためのガイドとなり、より安定して研削液や切屑を排出することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

[第１実施形態]
図１は本発明の第１実施形態による穿孔工具の全体を示す斜視図、図２は図１の穿孔工具の先端部を拡大して示す斜視図である。

図１に示すように、本実施形態による穿孔工具１は、細長い円柱状の軸体から形成されており、図外の取付工具に把持される太径部３と、該太径部３から先端方向に延びる細径部５とから一体形成されている。この軸体は、材料硬度（ＨＲＣ）５５以上の材質のものを好適に用いることができる。

また、前記細径部の先端部１１には、セラミックス等の硬質な被加工物に孔を穿設する加工部７が設けられている。

この加工部７の外周面には、図２に示すように、砥石層１３が設けられている。該砥石層１３は、ダイヤモンドの微粒子９を電着によって加工部７の外周面に付着させて得られるものである。

また、加工部７の先端の角には、細径部５の軸体の周方向に沿って等間隔に配置された面取部１５が形成されている。本実施形態においては、前記面取部１５は、軸体の径方向中心を挟んで互いに対向する位置、即ち、互いに周方向に約１８０°の間隔をおいて一対に配置されている。このように、加工部７の先端の角に面取部１５を周方向に沿って等間隔に設けることにより、穿孔によって発生する切屑を加工点から工具の外周方向へ効率的に排出することができ、また、加工点へ安定して研削液を供給することができる。また、面取部１５を、軸体の径方向中心を挟んで互いに対向する位置に配置することにより、工具を回転させたときの回転バランスを保ち、加工時において工具にフレが発生することを抑制することができる。

さらに、前記加工部７には、面取部１５に対応する部位に、軸体の軸方向に沿って延びる凹溝１７が形成されている。該凹溝１７は、軸体の径方向中心に向けて凹んだ形状になっており、細径部５の軸方向に沿って砥石層１３よりも長く形成されている。そして、加工部７の先端面２１には、研削液が吐出される開口端１９，２０が一対に形成されている。このように、軸体の軸方向に沿って延びる凹溝１７を設けることにより、切屑、研削液を凹溝１７を介して被削材の加工孔から効率よく排出することができる。

この開口端１９，２０は、先端面２１と面取部１５とに跨って開口しており、開口端１９，２０の一部が前記面取部１５に臨んで配置されている。このように、開口端１９，２０の一部が前記面取部１５に臨ませて配置することにより、先端面２１による加工で発生した切屑が、開口端１９，２０に詰まることなく安定して排出され、また、加工点に安定して研削液が供給できる。

なお、図示はしないが、細径部５の内部には、研削液が送給される流通孔が軸方向に沿って形成されており、該流通孔の先端が前記開口端１９，２０に繋がって形成されている。

図３は、図１の穿孔工具の側面図である。

図３に示すように、凹溝の軸方向に沿った長さをＦとすると、長さＦの細径部の径寸法Ｂに対する比（Ｆ／Ｂ）は、２以上の比率に設定することが好ましい。

図４は、図２の穿孔工具の側面図であり、図２をＸ方向から見た図である。

図４に示すように、細径部５の先端部１１の角には、面取部１５が一対に形成されている。該面取部１５の先端面２１に対するテーパ角をθとすると、該テーパ角θは、３０°〜６０°が好ましい。このような範囲のテーパ角θに設定することによって、加工点から切屑を効率的に除去することができ、また、加工点で研削液を保持させて加工点の安定した冷却が可能となる。

また、面取部１５の径方向長さＡは、面取部１５の下端から細径部５の外周までの径方向に沿った距離であり、細径部５の径寸法Ｂに対する比（Ａ／Ｂ）は、０．１〜０．２５の範囲が好ましい。

図５は、本発明の第１実施形態による穿孔工具の底面図である。

流通孔の開口端１９，２０は、平面視で略円形状に形成されており、凹溝１７の周方向端部１７ａ，１７ｂの近傍に配置されている。

具体的には、図５の右側部分において、凹溝１７の周方向の時計回りの端部１７ａ（図５での下側端部）の近傍に第１の開口端１９が配置され、左側部分においても、時計回りの端部１７ｂ（図５での上側端部）の近傍に第２の開口端２０が配置されている。このように、開口端１９，２０を凹溝１７の周方向端部１７ａ，１７ｂの近傍に配置することにより、切屑を被削材の加工孔から効率良く排出することができる。

また、第１及び第２の開口端１９，２０の中心と細径部５の中心との距離をＣ、凹溝１７の径方向の深さをＤ、凹溝１７の周方向の幅をＥとする。ここで、凹溝１７の周方向の幅Ｅにおける、細径部５の径Ｂに対する比率（Ｅ／Ｂ）は、０．２〜０．５に設定することが好ましい。このように、Ｅ／Ｂを０．２〜０．５に設定することによって、切屑と研削液を安定して効率良く排出することができる。

また、凹溝１７の径方向の深さＤにおける、細径部５の径Ｂに対する比率（Ｄ／Ｂ）は、０．０５〜０．２に設定することが好ましい。このように、Ｄ／Ｂを０．０５〜０．２に設定することによって、工具の強度を低下させることなく研削液の排出を効率的に行うことができる。

[第２実施形態]
次いで、本発明の第２実施形態について説明する。ただし、前記第１実施形態と同一の構成については、その説明を省略する。

図６は、本発明の第２実施形態による穿孔工具の底面図である。

本実施形態においては、穿孔工具２３の加工部には、軸体の周方向に沿って等間隔に３つの凹溝２５と面取部２９とが形成されている。即ち、それぞれの凹溝２５と面取部２９とは、周方向に互いに約１２０°の角度をおいて配置されており、面取部２９の周方向中央部に凹溝２５が形成されている。また、流通孔の開口端２７も、凹溝２５の周方向端部２５ａ，２５ｂ，２５ｃの近傍にそれぞれ３つ配置されており、先端面３１と面取部２９との双方に跨って配置されている。

図７は、本発明の第２実施形態による穿孔工具の底面における各寸法関係を示した図である。

Ａ’は開口端２７の中心と細径部の外周との距離、Ｂは細径部の径、Ｃ’は開口端２７の中心と細径部の軸中心との距離、Ｄは凹溝２５の径方向深さ、及びＥは凹溝２５の周方向の幅を示すものとすると、各寸法同士の比率は、前記第１実施形態と同一にすることが好ましい。

即ち、距離Ａ’における細径部５の径寸法Ｂに対する比（Ａ’／Ｂ）は、前記第１実施形態と同様に、０．１〜０．２５の範囲が好ましい。また、凹溝２５の径方向の深さＤにおける、細径部５の径Ｂに対する比率（Ｄ／Ｂ）は、０．０５〜０．２に設定することが好ましい。そして、凹溝２５の周方向の幅Ｅにおける、細径部５の径Ｂに対する比率（Ｅ／Ｂ）は、０．２〜０．５に設定することが好ましい。

次いで、比較例について説明する。

図８は比較例に係る穿孔工具の先端部を示す断面図、図９は図８の穿孔工具の底面図である。

図８に示すように、穿孔工具３３の軸体の中心部には、研削液を送給する流通孔３５が軸方向に沿って延設されており、該流通孔３５は先端部近傍において、軸体の径方向外側に向けて斜めに分岐して延び、その分岐した先端が開口端３７となっている。

また、図９に示すように、穿孔工具３３の先端部の側面には、軸体の径方向中心を挟んで対向する部位に凹溝３９，３９が形成されている。一方、前記開口端３７，３７も、軸体の径方向中心を挟んで対向する部位に形成されている。従って、この比較例に係る穿孔工具３３においては、開口端３７，３７は、凹溝３９，３９の周方向端部から離間した部位に配置されている。

以下に、前述した効果以外の本実施形態による作用効果を説明する。

セラミックス等の硬質な被削材に細い孔を加工する場合、孔径のバラツキ等が発生しやすいが、本実施形態によれば、凹溝１７，２５によって研削液が効率的に排出されるため、工具の軸振れを最小限に抑えることができ、加工する孔径のバラツキ等を低減させることができる。また、長い工具を進行方向に沿って直線状に送ることができるため、軸振れによる無駄な研削や砥石自体の摩耗が効果的に抑制され、工具の寿命が長くなると共に、安定して正確な寸法の深孔を複数回穿設することができる。

なお、工具の先端角部の一部に面取部１５，２９を形成したため、底面が平面状の孔を１回の加工で行うことができる。

以下に、実施例を通じて本発明を更に詳細に説明する。

下記表１は、凹溝が２箇所、流通孔の開口端が２箇所設けられ、細径部の径寸法が５ｍｍの穿孔工具を用いて、ＡｌＮ（９９．９％純度、相対密度９９．９％以上）からなる被削材に深さ１５０ｍｍの孔を加工したときの砥石寿命等を比較したものである。先端部にはＳＤ＃１００の砥粒を付着させた穿孔工具を用い、マシニングセンターに穿孔工具を取り付け、研削液を２ＭＰａの圧力で送給しながら工具周速を４７ｍ／ｍｉｎ（３０００ｒｐｍ）で穿孔した。

まず、表１における各項目を説明する。母材硬度は、穿孔工具を形成する母材の硬度を示したものであり、母材硬度の単位は、ロックウエル硬さＣスケール（ＨＲＣ）である。テーパ角θは、図４で説明したように先端面２１と面取部１５との角度であり、３０°〜６０°が本発明の範囲である。凹溝幅比及び凹溝深さ比は、前記第１実施形態で説明した比率であり、それぞれ０．２〜０．５、及び０．０５〜０．２が本発明の範囲である。噴出孔（流通孔の開口端）位置は、図５における距離Ｃの２倍を細径部の径Ｂで割った比率であり、この比率が小さいほど、開口端１９，２０が径方向中心に近く配置されていることを示す。本実施例では、３５％以下になると、開口端が面取部から完全に外れてしまう。

また、砥石寿命は、穿孔工具を取り付けたマシニングセンタのＺ軸モーター負荷が８０％より大きくなったときの加工済みの孔数である。研削時間は、１５０ｍｍの深さの孔を加工する際に要する時間である。孔径バラツキは、一つ目の加工孔における深さ方向の上端部（入口部分）及び下端部（底部）の孔径と、砥石寿命がつきたときの加工孔の上端部及び下端部の孔径とをそれぞれ測定し、これらの孔径のうち、最大値と最小値との差違をとった値である。

この表１から判るように、工具先端部に面取部を設け、テーパ角、凹溝幅比、凹溝深さ比、噴出孔位置が本発明の範囲に入っている実施例１〜９は、比較例１〜６よりも、砥石寿命、研削時間、孔径バラツキ及び孔内表面粗さにおいて、良好な結果を得ることができた。

また、下記表２は、凹溝と流通孔の開口端を３箇所設け、細径部の径が１５ｍｍの穿孔工具を用いて加工を行ったデータである。工具周速は４７ｍ／ｍｉｎ、被削材はＡｌＮ、砥粒はＳＤ＃１００、研削液の送給圧は２ＭＰａである。

この表２から判るように、実施例１０は比較例７よりも砥石寿命等で優れていることが確認された。

さらに、下記表３は、凹溝と流通孔の開口端を２箇所設け、細径部の径が４ｍｍの穿孔工具を用いて加工を行ったデータである。工具周速は４７ｍ／ｍｉｎ、被削材はＡｌＮ、砥粒はＳＤ＃１００、研削液の送給圧は２ＭＰａである。

この表３から判るように、実施例１１は比較例８よりも砥石寿命等で優れていることが確認された。

本発明の第１実施形態による穿孔工具の全体を示す斜視図である。図１の穿孔工具の先端部を拡大して示す斜視図である。図１の側面図である。図１の穿孔工具の先端部を拡大して示す側面図である。図４の穿孔工具の底面図である。本発明の第２実施形態による穿孔工具の底面図である。本発明の第２実施形態による穿孔工具の底面における各寸法関係を示した図である。比較例に係る穿孔工具の先端部を示す断面図である。図８の穿孔工具の底面図である。

符号の説明

θ…テーパ角
１，２３…穿孔工具
１５，２９…面取部
１１…先端部
１３…砥石層
１７，２５…凹溝
１７ａ，１７ｂ，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…周方向端部
１９…第１の開口端（開口端）
２０…第２の開口端（開口端）

Claims

円柱状に形成された軸体の先端部に砥石層を設け、この軸体内に軸方向に沿って前記先端部に至るまで延びて、その開口端から研削液を吐出させる流通孔を穿設した穿孔工具において、
前記軸体の先端部には平面である先端面を有し、前記軸体の先端部の角に、軸体の周方向に沿って等間隔に配置された面取部を複数設け、この面取部に対応する前記軸体の側面に、軸体の軸方向に沿って凹溝を延設すると共に、複数の前記流通孔が複数の前記面取部のそれぞれに配設され、且つ前記流通孔の開口端は前記先端面と前記面取部とに跨って開口し前記流通孔の開口端の一部を前記面取部に臨ませて配置したことを特徴とする穿孔工具。
前記凹溝の径方向の深さは、前記軸体の径寸法に対して、０．０５〜０．２の比率に設定したことを特徴とする請求項１に記載の穿孔工具。
前記凹溝の周方向の幅は、前記軸体の径寸法に対して、０．２〜０．５の比率に設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の穿孔工具。
前記凹溝は、軸体の径方向中心を挟んで、軸体の側面に一対に設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の穿孔工具。
前記流通孔の開口端を凹溝の周方向端部の近傍に配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の穿孔工具。
前記面取り部のテーパ角を３０°〜６０°に設定したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の穿孔工具。