JP2002292570A - 電着工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 砥粒を単層に固着させた電着工具において、
電着後の砥粒層の表面をコンディショニングすることに
より砥粒の先端高さを均一にして、高精度の加工を可能
にする。 【解決手段】 電着工程において固着が不完全な砥粒
５，５ａを除去して単層の砥粒層２となし、この砥粒層
２の砥粒４先端部を、砥粒先端高さＨを基準にして砥粒
粒径の１０〜２０％に相当する高さ分だけ研削により除
去することにより、大部分の砥粒の先端高さを均一にす
ることができ、工具の使用初期段階から安定した加工性
能、面粗さを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は基材表面に単層の砥
粒層を形成した電着工具、とくに砥粒層の砥粒先端高さ
を均一にした電着工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】超硬合金、セラミック、ガラス、半導体
材料、鋳鉄、鋼など各種材料の研削や研磨などに、電着
法により基材表面に砥粒層を形成した電着工具が使用さ
れている。この電着工具は、総型形状、カップ形状、円
盤形状などの基材を、ダイヤモンド砥粒、ｃＢＮ砥粒な
どの超砥粒を分散させたメッキ液内に浸漬し、基材に超
砥粒を電着させて砥粒層を形成したものである。

【０００３】このような電着工具は、砥粒を単層に固着
させたものが一般的である。単層構造のものは、砥粒と
砥粒の間にメッキ金属が析出することでメッキ金属によ
り砥粒が強固に保持され、かつ砥粒の先端が十分に露出
されていることから、切れ味が良い。しかしその反面、
個々の砥粒の先端高さが不均一であることから生じる問
題がある。

【０００４】電着工具は砥粒電着工程で、篩による分級
により得たほぼ均一な粒径の砥粒を使用しているが、砥
粒形状が球形でないために電着後の砥粒の先端は不揃い
になる。このため、電着工具の使用初期段階においては
加工後の寸法精度や仕上げ面粗さが変動しやすいという
特性がある。たとえば自動車部品などの高精度な加工で
は、工具を加工機械に取り付けてから暫く慣らし加工が
必要になり、工具を取付け直後から使用することができ
ないという問題がある。

【０００５】このような問題に対して、電着後の砥粒層
をツルーイングすることが提案されている。たとえば特
開平５−２００６７０号公報には、ツルーイング車と砥
石車とを相対的に接近させ、両者の接触位置を検知具で
検知し、その接触位置を基準位置にしてツルーイング車
の外周面と砥石車の基準円周面とを相対的に半径方向に
所定量離隔させて、共に回転するツルーイング車と砥石
車とを軸線方向に相対変位して両者の外周面を接触させ
ツルーイングを行う方法が記載されている。

【０００６】また、特開２０００−２３３３７０号公報
には、砥石の使用に先だって砥粒の突き出し量を揃えて
切刃を創成する初期ツルーイング工程と、被削材を研削
したときの被削材の表面粗さが予め設定した上限値に達
したときに再びツルーイングを施して切刃を創成する再
ツルーイング工程とを含む電着砥石の研削加工方法が記
載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、砥石の
使用前あるいは使用中に電着砥石をツルーイングするこ
とが試みられてきたが、実際のツルーイングにおいて適
正なツルーイング条件を見出すことが困難であるため
に、砥粒先端高さが揃わなかったり砥粒を目潰ししたり
して安定性がなく、ツルーイングの効果が充分に発揮さ
れていないのが実状である。

【０００８】ツルーイングの際の切り込み量設定値は被
削材の表面粗さを基準としていることから、１回の切り
込み量が３〜４μｍ程度の微小なツルーイングを何回か
繰り返し行うことになる。このような作業は、試験室レ
ベルでは比較的容易に行うことができるが、実際の作業
現場では、砥石の初期の電着状態によって１回の必要切
り込み量が変動するために、何度も試行錯誤を繰り返さ
ないと適正な切り込み設定量を決めることができず、結
果として成り行きで切り込み量が設定されることにな
り、ツルーイングの効果が充分に発揮されないというこ
とになるのである。このような問題は円盤形回転砥石に
限らず、他の形状の砥石を含む電着工具全般についてい
えることである。

【０００９】本発明が解決すべき課題は、砥粒を単層に
固着させた電着工具において、電着後の砥粒層の表面を
コンディショニングすることにより砥粒の先端高さを均
一にして、高精度の加工を可能にすることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の電着工具は、基
材表面に単層の砥粒層を形成した電着工具であって、電
着工程において固着が不完全であった砥粒が除去され、
電着後の砥粒層の砥粒先端部が砥粒粒径の１０〜２０％
に相当する高さ分だけ除去されていることを特徴とす
る。

【００１１】上記の電着工具は、電着工程において固着
が不完全な砥粒を除去して単層の砥粒層となし、この砥
粒層の砥粒先端部を、砥粒先端高さを基準にして砥粒粒
径の１０〜２０％に相当する高さ分だけ研削により除去
することによって製造することができる。

【００１２】固着が不完全な砥粒を除去した後の単層の
砥粒層先端部を、砥粒先端高さを基準にして砥粒粒径の
１０〜２０％に相当する高さ分だけ研削により除去する
ことで、砥粒の先端高さを均一にすることができる。

【００１３】電着後の砥粒層において砥粒の先端が不揃
いになる原因は、不完全固着砥粒が残存することと、砥
粒形状が球形でないために砥粒の長短径が不揃いである
ことによる。そこで本発明においては、まず、電着後の
砥粒の間に残存する不完全固着砥粒を除去し、その後、
砥粒先端部を研削除去することにより砥粒先端高さを均
一にするものである。不完全固着砥粒を除去した後で
は、砥粒先端高さのばらつきは砥粒の長短径のばらつき
範囲内となるので、一定量を研削除去することにより、
ほとんどの砥粒の先端高さを均一にすることができる。

【００１４】砥粒先端部の研削除去量は、砥粒粒径の１
０〜２０％に相当する高さ分とするのが最適である。砥
粒先端部の研削除去量が砥粒粒径の１０％相当分より少
ないと、砥粒先端に鋭利な切刃や切刃の凹凸が部分的に
残ることで工具使用による加工面の面粗さの変動が大き
くなる。砥粒粒径の２０％相当分より多く砥粒先端部を
研削除去すると、工具使用時の作用砥粒数や面積に比例
して加工抵抗が増大し、その工具本来の性能が発揮でき
なくなる。砥粒先端部の研削除去量を前記の範囲とする
ことにより、工具の使用初期段階から安定した加工性
能、面粗さを得ることができる。

【００１５】ここで、砥粒先端部の研削を行う工具とし
て、砥粒硬度の２５〜４０％の硬度を有する材料を用い
ることができる。たとえば、砥粒がダイヤモンド砥粒の
ときには研削工具の材料として緑色炭化珪素または白色
アルミナを用い、砥粒が立方晶窒化硼素砥粒のときには
研削工具の材料としてアルミナセラミックスを用いるこ
とにより、砥粒の切刃に損傷を与えることなく研削で
き、しかも砥粒間に残存する不完全固着砥粒を確実に除
去することができる。研削工具の材料の硬度が砥粒硬度
の４０％より硬いと砥粒の切刃に損傷を与えて被加工物
への切れ味不良となり、２５％より軟らかいと研削能が
不足して砥粒先端部が不揃いとなることで被加工物の仕
上げ面粗さが得られない。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明における砥粒先端部
の研削方法を説明するための模式図である。同図の
（ａ）は電着後の砥粒層を示し、（ｂ）は不完全固着砥
粒除去後に残存する不完全固着砥粒を示し、（ｃ）は適
正量を研削した状態を示し、（ｄ）は研削量が多すぎた
状態を示す。図中、１は研削工具の台金、２は砥粒層、
３はメッキ金属、４はメッキ金属３に固着された砥粒、
５，５ａは不完全固着砥粒である。

【００１７】電着後の砥粒層２にはメッキ金属３に固着
された砥粒４と不完全固着砥粒５，５ａとが存在する
（図１の（ａ））。不完全固着砥粒５，５ａのうち、単
純に砥粒４の間に挟まっただけの不完全固着砥粒５は洗
浄やスクレーパなどの簡単な除去作業で除去することが
できる。しかし、一部がメッキ金属３に接した不完全固
着砥粒５ａは簡単な除去作業では除去されずに残ること
がある（図１の（ｂ））。この場合は、次の研削工程で
除去することになる。

【００１８】図１の（ｃ）は（ｂ）の状態から研削工具
により砥粒４の先端部を、砥粒先端高さＨを基準にして
砥粒４の粒径の１０〜２０％に相当する高さ分だけ研削
により除去した状態を示す。研削除去量Ｒがこの範囲内
であれば、砥粒４の先端に鋭利な切刃や切刃の凹凸が部
分的に残ることなく、また砥粒４の切刃に損傷を与える
ことなく、大部分の砥粒４の先端高さを均一にすること
ができる。

【００１９】図１の（ｄ）は（ｂ）の状態から研削工具
により砥粒４の先端部を、砥粒先端高さＨを基準にして
砥粒４の粒径の２０％に相当する高さ分より多く研削に
より除去した状態を示す。研削除去量Ｒが多すぎると、
多くの砥粒４の先端が平坦となり、工具使用時の作用砥
粒数や面積に比例して加工抵抗が増大し、その工具本来
の性能が発揮できなくなる。

【００２０】図２は本発明における砥粒先端部の研削方
法の具体例を示す図で、（ａ）はロータリードレッサを
用いる例を示し、（ｂ）はスティック状工具を用いる例
を示す。

【００２１】図２の（ａ）の場合は、ロータリー平面研
削盤１０の回転軸に取り付けたロータリードレッサ１１
により、回転テーブル１２上の回転砥石１３の砥粒層２
の砥粒先端部を研削する。同図（ｂ）の場合は、静止状
態で取り付けたスティック状工具１４により、回転テー
ブル１２上の回転砥石１３の砥粒層２の砥粒先端部を研
削する。

【００２２】〔試験例１〕図２の（ａ）に示した方法に
より回転砥石１３の砥粒先端部の研削除去を下記の条件
で行った。 ・回転砥石の仕様 表示：ＣＢ８０ＰＡ５（電着砥石） 砥石寸法：φ２００^D×１０^Ｗ（カップ゜型） 砥粒：ｃＢＮ砥粒 粒度＃８０（平均粒径１７４μｍ） ・ロータリードレッサの仕様 表示：ＳＤＣ１４０Ｂ（レジンボンド砥石） 寸法：φ３５０^D×１０^T 砥粒：ダイヤモンド砥粒 粒度＃１４０ ・研削除去条件 加工機械：ロータリー平面研削盤 ロータリードレッサの回転速度：１７６８ｍｉｎ^−１ 回転テーブルの回転速度：７０ｍｉｎ^−１ ロータリードレッサの送り速度：３００ｍｍ／ｍｉｎ 研削除去量：（ａ）研削なし （ｂ）研削量１７μｍ（砥粒平均粒径の約１０％） （ｃ）研削量３５μｍ（砥粒平均粒径の約２０％） （ｄ）研削量５２μｍ（砥粒平均粒径の約３０％）

【００２３】上記により砥粒先端部を研削除去した回転
砥石を使用して下記の条件で研削加工試験を行った。 ・加工条件 加工機械：ＮＣ平面研削盤 ＮＳＰ−５０、主軸出力
２．２ｋＷ 被加工物：ＳＣＭ４３５（ＨＲｃ４８） 研削速度：３０ｍ／ｓ 送り速度：５ｍ／ｍｉｎ 切り込み：１５０μｍ 研削幅：５０ｍｍ 研削油：ソリュブルタイプ（５０倍希釈） 測定器：工具動力計、表面粗さ計

【００２４】加工試験結果を図３および図４に示す。図
３において横軸は被加工物の累積研削量を表し縦軸は研
削抵抗を表す。図中、（ａ）〜（ｄ）のプロットは研削
除去量の（ａ）〜（ｄ）に対応している。なお図中には
参考として、不完全固着砥粒の除去を行わなかった回転
砥石を使用した加工試験結果を（ｅ）として示してい
る。図４において横軸は砥粒先端部の研削条件別を表し
縦軸は加工面の表面粗さを表す。棒グラフの左側は加工
初期の表面粗さを示し右側は被加工物の累積研削量２
３．５ｃｍ^３時点での表面粗さを示している。

【００２５】図３と図４を総合した結果からわかるよう
に、研削なし（（ａ））の場合は、加工初期においては
砥粒先端凹凸のため切れ味がよく研削抵抗も低いが、被
加工物の表面が粗くなる。加工が進むにつれ砥粒が磨耗
して研削抵抗と面粗さは安定するが粗さ自体はまだ大き
い。砥粒先端部の研削除去量が１０％および２０％
（（ｂ）および（ｃ））の場合は、加工初期から安定し
た研削抵抗と良好な被加工物表面粗さが得られ、加工末
期までその変動は小さい。研削除去量が３０％
（（ｄ））の場合は、砥粒の切れ味が悪いため加工初期
から研削抵抗が大きく、すぐに研削抵抗限界まで達す
る。加工後の被加工物には表面に研削焼け、むしれが発
生し、表面粗さも加工初期は良好であるが加工末期は粗
さが大きくなる。

【００２６】〔試験例２〕図２の（ｂ）に示した方法に
より回転砥石１３の砥粒先端部の研削除去を下記の条件
で行った。 ・回転砥石の仕様 表示：ＳＤ８０ＰＡ５（ダイヤモンド砥粒 ヌープ硬度７２００） ＣＢ８０ＰＡ５（ｃＢＮ砥粒 ヌープ硬度４７００） 砥石寸法：φ２００^D×１０^Ｗ（カップ゜型） 砥粒粒度：＃８０（平均粒径１７４μｍ） ・スティック状研削工具の仕様 材質：ｃＢＮ、ＧＣ、ＷＡ、アルミナセラミックス（ア
ルミナ９６％）、超硬合金、ソーダガラス 寸法：２００ｍｍ×２００ｍｍ×１００ｍｍ ・研削除去条件 加工機械：ロータリー平面研削盤 回転テーブルの回転速度：７０ｍｉｎ^−１ スティック状工具の送り速度：３００ｍｍ／ｍｉｎ

【００２７】上記により砥粒先端部を研削除去した回転
砥石を使用して試験例１と同じ条件で研削加工試験を行
った。ダイヤモンド回転砥石についての試験結果を表１
に、ｃＢＮ砥粒回転砥石についての試験結果を表２にそ
れぞれ示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】表１および表２からわかるように、砥粒先
端部の研削を行う工具として、砥粒硬度の２５〜４０％
の硬度を有する材料を用いた場合は、砥粒の切刃に損傷
を与えることなく研削でき、しかも砥粒間に残存する不
完全固着砥粒を確実に除去することができ、この砥石を
使用した被加工物の加工初期における研削抵抗の変化が
小さく、かつ加工後の被加工物の表面粗さ変化も小さ
い。研削工具の材料の硬度が砥粒の硬度の４０％より硬
いと砥粒の切刃に損傷を与えやすく、２５％より軟らか
いと研削能が不足して所定の研削除去量が得られないだ
けでなく、砥石を使用した加工初期における研削抵抗の
変化が大きく、かつ加工後の被加工物の表面粗さ変化も
大きくなる。

【００３１】なお、以上の実施形態は電着工具がカップ
型回転砥石の場合の例であるが、本発明は他の形状の回
転砥石はもちろん、スティック状の砥石、その他各種の
加工用工具に適用することができる。

【００３２】

【発明の効果】（１）電着工程において固着が不完全な
砥粒を除去して単層の砥粒層となし、この砥粒層の砥粒
先端部を適正な高さ分だけ研削により除去することによ
り、大部分の砥粒の先端高さを均一にすることができ、
工具の使用初期段階から安定した加工性能、面粗さを得
ることができる。

【００３３】（２）砥粒先端部の研削を行う工具とし
て、砥粒より軟質の材料、たとえば、砥粒がダイヤモン
ド砥粒のときには緑色炭化珪素または白色アルミナを、
砥粒が立方晶窒化硼素砥粒のときにはアルミナセラミッ
クスを用いることにより、砥粒の切刃に損傷を与えるこ
となく研削でき、しかも砥粒間に残存する不完全固着砥
粒を確実に除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明における砥粒先端部の研削方法を説明
するための模式図である。

【図２】 本発明における砥粒先端部の研削方法の具体
例を示す図である。

【図３】 加工試験結果を示す図である。

【図４】 加工試験結果を示す図である。

【符号の説明】

１ 台金 ２ 砥粒層 ３ メッキ金属 ４ 固着砥粒 ５，５ａ 不完全固着砥粒 １０ ロータリー平面研削盤 １１ ロータリードレッサ １２ 回転テーブル １３ 回転砥石 １４ スティック状工具 Ｈ 砥粒先端高さ Ｒ 研削除去量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡邊 公寿 愛知県名古屋市西区則武新町３丁目１番36 号 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 内 (72)発明者 岩隈 隆 愛知県津島市神守町字二ノ割16番地の１ ノリタケダイヤ株式会社名古屋工場内 Ｆターム(参考） 3C063 AA02 AB05 BB02 BB24 BB30 BC02 BG10 CC12 FF23 FF30

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基材表面に単層の砥粒層を形成した電着
   工具であって、電着工程において固着が不完全であった
   砥粒が除去され、電着後の砥粒層の砥粒先端部が砥粒粒
   径の１０〜２０％に相当する高さ分だけ除去されている
   ことを特徴とする電着工具。
2. 【請求項２】 基材表面に単層の砥粒層を形成する電着
   工具の製造方法であって、電着工程において固着が不完
   全な砥粒を除去して単層の砥粒層となし、この砥粒層の
   砥粒先端部を、砥粒先端高さを基準にして砥粒粒径の１
   ０〜２０％に相当する高さ分だけ研削により除去するこ
   とを特徴とする電着工具の製造方法。
3. 【請求項３】 前記の砥粒先端部の研削を行う工具とし
   て、砥粒硬度の２５〜４０％の硬度を有する材料を用い
   た研削工具を使用する請求項２記載の電着工具の製造方
   法。
4. 【請求項４】 前記砥粒がダイヤモンド砥粒のときには
   前記研削工具の材料として緑色炭化珪素または白色アル
   ミナを用い、前記砥粒が立方晶窒化硼素砥粒のときには
   前記研削工具の材料としてアルミナセラミックスを用い
   る請求項３記載の電着工具の製造方法。