JP2003071722A - 超砥粒研削ホイール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミニウム含有率が４０重量％以上のアル
ミニウム合金からなる台金を備え、周速８０ｍ／ｓ以上
の超高速研削に用いられる超砥粒研削ホイールであっ
て、研削に際し弱アルカリ性の研削液を使用しても台金
の腐食が進行しない超砥粒研削ホイールを提供する。 【解決手段】 台金１２の表面に、防食性及び耐摩耗性
を有する被膜２０が形成されている為、超高速研削に用
いられても、研削液中に若干含まれる固形物や気泡など
によって台金の表面に形成された前記被膜２０が機械的
に除去されることなく、研削に際し弱アルカリ性の研削
液を使用しても台金１２の腐食が進行しない。その結
果、超砥粒研削ホイール１０の安全性が向上し、また、
繰り返しの使用によって台金１２の腐食が進行しない為
に台金１２の再利用が可能となり、超砥粒研削ホイール
１０の製造コストを削減することができる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム含有
率が４０重量％以上のアルミニウム合金からなる台金を
備え、周速８０ｍ／ｓ以上といった超高速研削に用いら
れる超砥粒研削ホイールの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＢＮ砥粒またはダイヤモンド砥粒等の
超砥粒を台金上に固着させた超砥粒研削ホイールが、高
能率研削や粗研削等に多用されている。近年、かかる超
砥粒研削ホイールの台金にアルミニウム合金を用いたも
のが開発されている。例えば、特開２０００−１４１２
３１号公報に記載されたＳｉを主成分とする急冷凝固ア
ルミニウム合金を台金に用いた超砥粒研削ホイールがそ
れであり、そのようなアルミニウム合金を台金に用いた
超砥粒研削ホイールは、他の材料例えばスチール等を台
金に用いた超砥粒研削ホイールに比べ格段に軽量である
為、例えば周速８０ｍ／ｓ以上といった超高速研削にお
いて好適に用いられるものである。

【０００３】ところで、超砥粒研削ホイールを用いた研
削に際して使用される研削液としては、研削液中に雑菌
が繁殖するのを抑える目的で、また、研削液が作業者の
肌に触れる可能性があることを考慮し、弱アルカリ性の
研削液が用いられることが多い。ここで、アルミニウム
は弱アルカリ性水溶液と化学反応を起こす為、台金にア
ルミニウム合金を用いた超砥粒研削ホイールの研削に弱
アルカリ性の研削液を使用するうえで台金の腐食が危惧
されるが、アルミニウム表面には空気中の自然酸化によ
る酸化被膜が形成されていること、及び研削に使用され
る研削液は専ら弱アルカリ性水溶液であり水酸化物濃度
が低いこと等の理由から、例えば周速３０ｍ／ｓといっ
た通常の研削においては研削液との化学反応による前記
台金の腐食は、作業上ほとんど問題にならなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者は、
台金にアルミニウム合金を用いた超砥粒研削ホイールに
よる研削試験を繰り返す中で、例えば周速８０ｍ／ｓ以
上といった超高速研削に前記超砥粒研削ホイールが用い
られた場合、例えば２４時間の連続研削により前記台金
に０．０１ｍｍ程度の腐食が進行することを発見した。

【０００５】台金の腐食が進行すれば、台金の厚みの減
少に伴い台金の外周面に固着された研削層の接着面積が
小さくなり、結果として超砥粒研削ホイールの安全性が
低下する可能性がある。また、台金に用いられるアルミ
ニウム合金は、例えばＳｉを１５〜４０重量％といった
高い割合で含有するハイシリコンアルミニウムなどであ
り、このようなアルミニウム合金は前述のように軽量で
あるという利点を有する反面、スチール等の他の材料に
比べ高価である為、研削に繰り返し使用されることによ
って研削層が寿命に達し使用不能となった超砥粒研削ホ
イールを回収して台金を再利用することでコストの低減
が計られている。しかし、繰り返しの使用により台金の
腐食が進行すれば台金を再利用することができなくな
り、超砥粒研削ホイールの製造コストが高くなるという
問題が生じる。

【０００６】そこで本発明者は、前述のようにアルミニ
ウム合金を用いた台金の腐食が進行する原因について検
討を続けた結果、超砥粒研削ホイールが周速８０ｍ／ｓ
以上といった超高速研削に用いられることで、台金の表
面に自然酸化により形成されている前記酸化被膜が研削
液中に若干含まれる固形物や気泡などによって機械的に
除去され、アルミニウムと研削液との化学反応が起こる
ことにより腐食が進行するのではないかという見解を持
つに至った。

【０００７】本発明は、以上の事情を背景として為され
たものであり、その目的とするところは、アルミニウム
含有率が４０重量％以上のアルミニウム合金からなる台
金を備え、周速８０ｍ／ｓ以上の超高速研削に用いられ
る超砥粒研削ホイールであって、研削に際し弱アルカリ
性の研削液を使用しても台金の腐食が進行しない超砥粒
研削ホイールを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】かかる目的を達成する為
に、本発明の要旨とするところは、アルミニウム含有率
が４０重量％以上のアルミニウム合金からなる台金上に
超砥粒が固着され、周速８０ｍ／ｓ以上の超高速研削に
用いられる超砥粒研削ホイールであって、前記アルミニ
ウム合金からなる台金の表面に、防食性及び耐摩耗性を
有する被膜が形成されていることを特徴とするものであ
る。

【０００９】このようにすれば、アルミニウム合金から
なる台金の表面に、防食性及び耐摩耗性を有する被膜が
形成されている為、周速８０ｍ／ｓ以上といった超高速
研削に用いられても、研削液中に若干含まれる固形物や
気泡などによって台金の表面に形成された前記被膜が機
械的に除去されることなく、研削に際し弱アルカリ性の
研削液を使用しても台金の腐食が進行しない。その結
果、超砥粒研削ホイールの安全性が向上し、また、繰り
返しの使用によって台金の腐食が進行しない為に台金の
再利用が可能となり、超砥粒研削ホイールの製造コスト
を削減することができる。

【００１０】

【発明の他の態様】また、好適には、前記被膜は、少な
くともｐＨ７．０〜１１．０の範囲内の弱アルカリ性水
溶液に対し防食性を有するものである。このようにすれ
ば、超砥粒研削ホイールを用いた超高速研削に際し使用
される研削液に対して十分な防食性を有する被膜が得ら
れ、台金の腐食が進行しない。

【００１１】また、好適には、前記被膜は、ビッカース
硬さでＨＶ３００以上の硬度を有するものである。この
ようにすれば、超砥粒研削ホイールが８０ｍ／ｓ以上と
いった超高速研削に用いられても、台金の表面に形成さ
れた前記被膜が研削液中に若干含まれる固形物や気泡な
どによって機械的に除去されることなく、アルミニウム
と研削液との化学反応が起こらない為、台金の腐食が進
行しない。

【００１２】また、好適には、前記被膜は、前記アルミ
ニウム合金からなる台金に陽極酸化処理を施すことによ
り形成されるアルマイト被膜である。アルマイト被膜と
は、シュウ酸電解液によってＡｌを陽極酸化して多孔性
被膜を生成後、封孔処理を施したものであり、そのよう
にして形成されるアルマイト被膜は、防食性及び耐摩耗
性に優れる緻密な被膜であり、簡便な方法により形成が
可能である為に実用に適している。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳
細に説明する。

【００１４】図１は、本発明の一実施例である超砥粒研
削ホイール１０を説明する斜視図である。本実施例の超
砥粒研削ホイール１０は、例えば全体がφ３８０×ｔ１
０×φ８０×１０（ｍｍ）程度の大きさの穴空き円盤状
を成したものであり、例えば厚さが１０ｍｍ程度のアル
ミニウム合金から形成された台金１２の外周面に、ダイ
ヤモンド砥粒またはＣＢＮ砥粒等の超砥粒１４が、例え
ばレジンボンド等によって固着された研削層１６を有し
ている。

【００１５】上記台金１２は、例えばＳｉを主成分とす
る急冷凝固アルミニウム合金から成るものであり、その
組成は、例えばＳｉを１５〜４０重量％、Ｃｕを０．５
〜６重量％、Ｍｇを０．２〜３重量％の割合で含有し、
残部が実質的にアルミニウム及び不可避的不純物とされ
たものである。このような組成のアルミニウム合金は、
例えば８０ｍ／ｓ以上といった超高速研削にも耐え得る
強度を有し且つ軽量である為、超高速研削に用いられる
超砥粒研削ホイール１０の台金１２として好適に用いら
れる。

【００１６】前記超砥粒研削ホイール１０は、その中央
部に設けられた取り付け穴１７において図示しない研削
機械の主軸に取り付けられ、研削層１６と被削材との間
に研削液を供給しつつ、図示しない保持装置に保持され
た被削材を研削層１６に押しつけた状態で、その軸心Ｃ
回りに回転されて用いられる。これにより、被削材の被
削面が研削層１６により所望形状に研削される。

【００１７】超砥粒研削ホイール１０を用いた研削に際
して使用される研削液としては、研削液中に雑菌が繁殖
するのを抑える目的で、また、研削液が作業者の肌に触
れる可能性があることを考慮し、弱アルカリ性の研削液
が用いられることが多い。近年、かかる研削に用いられ
る研削液は、中性の研削液へと移行する傾向にあるが、
上記理由等により未だに弱アルカリ性の研削液も多用さ
れているのが現状である。ここで、アルミニウムは弱ア
ルカリ性水溶液と以下の式１に示す化学反応式で表され
る化学反応を起こす為、台金１２にアルミニウム合金を
用いた超砥粒研削ホイール１０の研削に弱アルカリ性の
研削液を使用するうえで台金１２の腐食が危惧される
が、アルミニウム表面には空気中の自然酸化による酸化
被膜が形成されていること、及び研削に使用される研削
液は専ら弱アルカリ性水溶液であり水酸化物濃度が低い
こと等の理由から、通常の研削においては研削液との化
学反応による前記台金１２の腐食は、作業上ほとんど問
題にならなかった。

【００１８】［式１］ ２Ａｌ＋２ＯＨ^- ＋６Ｈ₂ Ｏ→２Ａｌ（ＯＨ）₄ ^- ＋３
Ｈ₂

【００１９】しかし、例えば前記超砥粒研削ホイール１
０が、周速８０ｍ／ｓ以上といった超高速研削に用いら
れた場合には、若干ながら前記台金１２の腐食が進行す
る。図２は、従来の技術による超砥粒研削ホイール１０
を中心軸を含む平面で切断して示す断面図である。この
図に示すように、従来の超砥粒研削ホイール１０では、
研削開始時に例えばＡ（ｍｍ）の厚みを備えていた場
合、長時間の研削により台金１２の腐食が進行し、台金
１２の平面部１８がそれぞれΔＡ（ｍｍ）腐食されるこ
とにより、台金１２の厚みはＡ−２ΔＡ（ｍｍ）にまで
減少する。このΔＡは、例えば２４時間の連続研削によ
り０．０１ｍｍ程度といった小さなものであるが、一ヶ
月間の連続使用では両面で約０．６ｍｍとなり無視でき
ないものになる。通常の研削では腐食が進行せず、かか
る超高速研削においてのみ腐食が進行するのは、超砥粒
研削ホイール１０が周速８０ｍ／ｓ以上といった超高速
研削に用いられることで、台金１２の表面に自然酸化に
より形成されている酸化被膜が研削液中に若干含まれる
固形物や気泡などによって機械的に除去され、アルミニ
ウムと研削液との化学反応が起こることにより腐食が進
行することによるものと考えられる。

【００２０】図３は、本実施例の超砥粒研削ホイール１
０を中心軸を含む平面で切断して示す断面図である。本
実施例の超砥粒研削ホイール１０では、上述の問題を解
決する為に前記アルミニウム合金からなる台金１２の表
面に、防食性及び耐摩耗性を有する被膜２０が形成され
ている。このような被膜２０を形成することにより、周
速８０ｍ／ｓ以上といった超高速研削に用いられても、
研削液中に若干含まれる固形物や気泡などによって台金
１２の表面に形成された前記被膜２０が機械的に除去さ
れることなく、研削に際し弱アルカリ性の研削液を使用
しても台金１２の腐食が進行しない超砥粒研削ホイール
１０が得られる。

【００２１】本実施例では、台金１２上に超砥粒１４を
固着する前に、台金１２の全表面に上記被膜２０として
アルマイト被膜を形成させた。図４は、台金１２に陽極
酸化処理を施し、その表面にアルマイト被膜を形成させ
る工程を示す工程図であり、この図に示すように、先ず
脱脂工程Ｐ１において台金１２に付着している油脂分や
汚れを除去し、次に酸洗工程Ｐ２において、自然酸化に
より表面に形成されている酸化被膜を酸性薬剤によって
除去し、光輝表面を得る。続く第１水洗工程Ｐ３におい
て、表面上に残留している酸性薬剤を洗い流し、陽極酸
化工程Ｐ４において台金１２をシュウ酸電解液に浸漬
し、台金１２を陽極として電流を流すことにより台金１
２の表面に陽極酸化被膜が生成される。このようにして
生成された陽極酸化被膜は無定形または結晶質のアルミ
ナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）から成っており、シュウ酸による陽極
酸化では、直径数十ｎｍまでの孔が１μｍ² あたり数十
から数百個、金属面に垂直に存在している。本実施例で
は、陽極酸化工程Ｐ４の後、第２水洗工程Ｐ５において
表面に残留しているシュウ酸を除去した後、封孔工程Ｐ
６において、例えば加圧蒸気中に所定時間維持すること
により封孔処理を施す。これにより上記陽極酸化被膜は
ベーマイト（Ａｌ₂ Ｏ₃ ・Ｈ₂ Ｏ）に変化する。このよ
うにして、台金２０の表面に、例えば、少なくともｐＨ
７．０〜１１．０の範囲内のアルカリ性水溶液に対し防
食性を有し、且つ、ビッカース硬さでＨＶ３００以上の
硬度を有する、防食性及び耐摩耗性に優れたアルマイト
被膜が形成される。

【００２２】本発明の効果を立証する為に、表面に上記
Ｐ１〜Ｐ６までの工程により被膜２０が形成されたアル
ミニウム含有率が４０重量％以上のアルミニウム合金か
らなる台金１２を用いた本実施例の超砥粒研削ホイール
１０と、表面に被膜２０を設けない他は同様の材料を用
いて従来の技術により作成された超砥粒研削ホイール１
０とを用いて研削実験を行った。それぞれの超砥粒研削
ホイール１０を用いて、ｐＨ１０．１の研削液を使用
し、周速２００ｍ／ｓで２４時間連続研削を行った後、
それぞれの超砥粒研削ホイール１０の台金１２の様子を
調べると、本実施例の超砥粒研削ホイール１０では台金
１２に厚みの減少が見られなかったのに対し、従来の技
術による超砥粒研削ホイール１０では、台金１２に片面
で０．０１２ｍｍ、両面で０．０２４ｍｍの厚み減少が
観察された。この実験の結果から、本実施例の超砥粒研
削ホイール１０は、超高速研削時に研削液として使用さ
れる弱アルカリ性水溶液に対し、十分な防食性を備えて
いることがわかる。

【００２３】このように、本実施例では、アルミニウム
合金からなる台金１２の表面に、防食性及び耐摩耗性を
有する被膜２０が形成されている為、周速８０ｍ／ｓ以
上といった超高速研削に用いられても、研削液中に若干
含まれる固形物や気泡などによって台金１２の表面に形
成された前記被膜２０が機械的に除去されることなく、
研削に際し弱アルカリ性の研削液を使用しても台金１２
の腐食が進行しない。その結果、超砥粒研削ホイール１
０の安全性が向上し、また、繰り返しの使用によって台
金１２の腐食が進行しない為に台金１２の再利用が可能
となり、超砥粒研削ホイール１０の製造コストを削減す
ることができる。

【００２４】また、本実施例では、前記被膜２０は、少
なくともｐＨ７．０〜１１．０の範囲内のアルカリ性水
溶液に対し防食性を有するものである為、被膜２０は超
砥粒研削ホイール１０を用いた超高速研削に際し使用さ
れる研削液に対して十分な防食性を有し、台金１２の腐
食が進行しない。

【００２５】また、本実施例では、前記被膜２０は、ビ
ッカース硬さでＨＶ３００以上の硬度を有するものであ
る為、超砥粒研削ホイール１０が８０ｍ／ｓ以上といっ
た超高速研削に用いられても、台金１２の表面に形成さ
れた前記被膜２０が研削液中に若干含まれる固形物や気
泡などによって機械的に除去されることなく、アルミニ
ウムと研削液との化学反応が起こらない為、台金１２の
腐食が進行しない。

【００２６】また、本実施例では、前記被膜２０は、前
記アルミニウム合金からなる台金１２に陽極酸化処理を
施すことにより形成されるアルマイト被膜であり、防食
性及び耐摩耗性に優れ、簡便な方法により形成が可能で
ある為に実用に適している。

【００２７】以上、本発明の一実施例を図面を参照して
詳細に説明したが、本発明は、更に別の態様でも実施さ
れる。

【００２８】例えば、前述の実施例の超砥粒研削ホイー
ル１０は、台金１２の外周面に超砥粒１４がレジンボン
ドによって固着された研削層１６を有するものであった
が、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、
ビトリファイドボンド、メタルボンドからなるサブメン
ト砥石を接着剤で固定することにより超砥粒１４が間接
的に固着され、または電着等により超砥粒１４が直接的
に固着された研削層１６を有する超砥粒研削ホイール１
０にも好適に用いられるものである。

【００２９】また、前述の実施例の超砥粒研削ホイール
１０は、台金１２の外周面に超砥粒１４が固着された円
筒状の研削層１６を有するものであったが、台金１２の
平面部に超砥粒１４が固着された平面状の研削層１６を
有する超砥粒研削ホイール１０にも、本発明は好適に用
いられる。

【００３０】また、前述の実施例の超砥粒研削ホイール
１０では、図３に示すように、台金１２の全表面に被膜
２０が形成されていたが、例えば、図５に示すように、
少なくとも台金１２の研削液に接する部分に被膜２０が
形成されていればよく、台金１２の全表面に被膜２０を
形成させなくともよい。

【００３１】また、前述の実施例において、台金１２は
Ｓｉを主成分とする急冷凝固アルミニウム合金であり、
その組成は、例えばＳｉを１５〜４０重量％、Ｃｕを
０．５〜６重量％、Ｍｇを０．２〜３重量％の割合で含
有し、残部が実質的にアルミニウム及び不可避的不純物
とされたものであったが、本発明はこれに限定されるも
のでは当然になく、アルミニウム含有率が４０重量％以
上のアルミニウム合金からなる台金１２上に超砥粒１４
が固着された超砥粒研削ホイール１０に広く用いられる
ものである。

【００３２】また、前述の実施例では、台金１２の表面
上に生成された陽極酸化被膜に封孔工程Ｐ６において封
孔処理が施されベーマイト化されることによりアルマイ
ト被膜とされていたが、周速８０ｍ／ｓ以上の超高速研
削に際し弱アルカリ性の研削液を使用しても台金１２の
腐食を進行させない防食性及び耐摩耗性を保証すること
ができれば、この封孔処理は必ずしも施されなくともよ
い。また、同様に前記被膜２０はアルマイト被膜に限ら
れるものではなく、例えば、ＣｒメッキあるいはＮｉメ
ッキ等による被膜２０であってもよい。

【００３３】その他、一々例示はしないが、本発明は、
その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更を加えた態様
で実施されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である超砥粒研削ホイールを
説明する斜視図である。

【図２】従来の技術による超砥粒研削ホイールを中心軸
を含む平面で切断して示す断面図である。

【図３】台金に陽極酸化処理を施し、その表面にアルマ
イト被膜を形成させる工程を示す工程図である。

【図４】本発明の一実施例である超砥粒研削ホイールを
中心軸を含む平面で切断して示す断面図である。

【図５】本発明の他の実施例である超砥粒研削ホイール
を中心軸を含む平面で切断して示す断面図である。

【符号の説明】

１０：超砥粒研削ホイール １２：台金 １４：超砥粒 １６：砥粒層 ２０：被膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム含有率が４０重量％以上の
   アルミニウム合金からなる台金上に超砥粒が固着され、
   周速８０ｍ／ｓ以上の超高速研削に用いられる超砥粒研
   削ホイールであって、 前記アルミニウム合金からなる台金の表面に、防食性及
   び耐摩耗性を有する被膜が形成されていることを特徴と
   する超砥粒研削ホイール。
2. 【請求項２】 前記被膜は、少なくともｐＨ７．０〜１
   １．０の範囲内の弱アルカリ性水溶液に対し防食性を有
   するものである請求項１の超砥粒研削ホイール。
3. 【請求項３】 前記被膜は、ビッカース硬さでＨＶ３０
   ０以上の硬度を有するものである請求項１または２の超
   砥粒研削ホイール。
4. 【請求項４】 前記被膜は、前記アルミニウム合金から
   なる台金に陽極酸化処理を施すことにより形成されるア
   ルマイト被膜である請求項１から３の何れかの超砥粒研
   削ホイール。