JP2004276218A

JP2004276218A - 研削用工具

Info

Publication number: JP2004276218A
Application number: JP2003074452A
Authority: JP
Inventors: Susumu Koyanagi; 進小柳; Koji Takao; 浩二高尾
Original assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】研削能力、切粉の排出能力を向上して目詰まりの発生を防止し、研削時の放熱性を高めて研削焼けの発生を抑制することが可能な研削用工具を提供する。
【解決手段】研削用工具１において、円筒状台金２の正面外周部２ａ、側面円周部２ｂ、背面部２ｃにはそれぞれ砥粒層３が形成されている。この砥粒層３は、複数の砥粒を集合させてなる砥粒集合体を設けて形成されている。砥粒層３においては、砥粒集合体を形成する砥粒は、ニッケル系合金を主成分とするボンド材によって台金上に保持されている。砥粒集合体は、研削時の回転方向に対して３０°から７０°の範囲内の角度で傾斜角をなして直線状に配列されている。また、砥粒集合体が規則的に重なり合うように配列されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメント系建材、窯業系建材等の建材、複合板、樹脂、ゴム、プラスティック、ガラスをはじめ、コンクリート、コンクリート二次製品などの穿孔、研削加工に用いられる研削用工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート、コンクリート二次製品などの穿孔、研削加工に用いられる研削用工具についての技術が、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１９３２６９号公報（段落番号０００４〜００１４）
【特許文献２】
特許第３０２０４３４号公報（段落番号０００４〜００１０）
【特許文献３】
特開２００２−１０３２３７号公報（段落番号００１４〜００５６）
【特許文献４】
特許第３０８６６７０号公報（段落番号００１２〜００３４）
【特許文献５】
特開平９−２７２０２２号公報（段落番号０００４〜００４６）
【特許文献６】
特開２０００−６１９３０号公報（段落番号００１０〜００３６）
【０００４】
このうち、特許文献１に記載されたメタルボンド穴あけ工具は、開口した先端部を有する円筒状本体と、円筒状本体と一体的に形成され、回転工具に装着するための装着用ねじ穴を有するシャンク部分と、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、Ｃｕ系合金を主成分とするボンド材によって接着された砥粒を含むものである。
【０００５】
特許文献２に記載された電着ホイールは、超砥粒が研削面に島状に分散して固着され、ひとつの島に超砥粒が２〜１０個集合して固着され、島部分の全面積が超砥粒を固着した研削面の全面積の０．０２〜０．５倍であることを特徴としている。
【０００６】
特許文献３に記載された電着工具は、超砥粒が作用面に島状に固着されて島状の超砥粒層を形成し、一条の島の幅が１〜５ｍｍであり、島状の超砥粒層の全面積が作用面の全面積の２〜５０％であることを特徴としている。
特許文献４に記載されたコアビットは、円筒状台金の正面外周部の端面および内外面にそれぞれロウ付け法により砥粒を固着し、前記端面の砥粒配置間隔を砥粒径の１〜２倍にするとともに前記内外面の砥粒配置間隔よりも狭くしたことを特徴とする。
【０００７】
特許文献５に記載された超砥粒砥石は、円盤状台金の外周面に、超砥粒を、ロウ材又は硬質粒子を含むロウ材により一層だけ固着させた超砥粒砥石であって、上記超砥粒の平均粒径Ｌが１００μｍ〜１０００μｍであり、かつ、各超砥粒は等間隔に配列した列を、砥石の回転方向に対し傾けるとともに、隣接する一方の列の超砥粒が他方の列の隣接する超砥粒の中間にあって、その３個の超砥粒がほぼ正三角形をなすようになっており、上記ロウ材層の最大厚さ１は、上記超砥粒の平均粒径の２５〜５０％であり、かつチップポケットの体積が超砥粒の体積の２〜２０倍であることを特徴とする。
【０００８】
特許文献６に記載された耐摩耗性工具は、化学的または物理的に表面処理された鋼基材の刃部分以外の面に有機糊剤を塗布した後、自溶合金粉末を散布し、所定温度に加熱して乾燥するか、基材表面に有機糊剤と自溶合金との混合物を塗布し、所定温度に加熱乾燥し、これを非酸化性雰囲気下において９００〜１１５０℃の温度に加熱処理するか、これら有機糊剤と自溶合金にさらに超硬合金やダイヤモンド粒子のような砥粒を混合した付着層を形成し、加熱乾燥し、徐冷して表面に耐摩耗層を形成する構成のものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載されたメタルボンド穴あけ工具では、砥粒の配列がランダムであるため、研削能力にばらつきを生じる。すなわち、砥粒が少ない部分では砥粒の破砕、脱落が起こり、砥粒が多い部分では、切味が低下し、切粉の排出が悪く目詰まりを生じる。
また、Ｃｕ系合金を主成分とするボンド材を用いていることから、砥粒保持力が弱く、砥粒の脱落が早いため、寿命が短い。
【００１０】
また、平均砥粒間隔を、砥粒の平均粒径の２００％以上としているが、単砥粒のランダム配置では、砥粒間隔にばらつきがあり、研削時に砥粒が受けるダメージが個々の砥粒によって異なる。そのため、砥粒の破砕、脱落が起こりやすく、研削能力にばらつきが生じる。
さらに、円筒状本体の先端部、外周面及び内周面の少なくとも一つには、互いに離間した複数の凹部が形成されているが、チップが分割されていないため、刃先の放熱が悪く、切粉の排出能力に欠ける。
【００１１】
特許文献２、特許文献３に記載された電着ホイールでは、砥粒が島状に分散して固定されているが、電着法によって形成しているため、砥粒突出し量を十分に確保することができず、目詰まりを生じやすい。このため、砥粒を集合させても、１０個以下のように、少ない数の砥粒しか集合させることができない。
また、砥粒は機械的に保持されているため、砥粒保持力が弱く、砥粒の脱落を生じやすい。そのため、高負荷切断には耐えられず、寿命が低下する。
また、砥粒集合体を配列する際の配列角度や、砥粒集合体同士の重なり量について定めていないため、研削能力が十分ではない。
【００１２】
特許文献４に記載されたコアビットでは、単一砥粒を配列しているため、研削時における砥粒１個あたりの負荷が大きく、砥粒の破砕や脱落を生じやすい。
また、側面全体に砥粒が配列されていないため、側面全体が切れ刃として作用しない。
【００１３】
特許文献５に記載された超砥粒砥石では、砥粒が単一配列されているため、研削時に作用する砥粒数が少なく、砥粒の破砕、脱落が早く、寿命が低下する。
特許文献６に記載された耐摩耗性工具では、砥粒の配列や砥粒間隔については定めておらず、砥粒の配列がランダムであるため、研削能力にばらつきを生じる。すなわち、砥粒が少ない部分では砥粒の破砕、脱落が起こり、砥粒が多い部分では、切味が低下し、切粉の排出が悪く目詰まりを生じる。
【００１４】
このように、上述したいずれの研削用工具においても、砥粒配列が規則的でないことによって、研削能力、切粉の排出能力が低下して目詰まりが発生し、研削時の放熱性が低く、研削焼けが発生する。また、単体の砥粒を配列していることによって、砥粒の摩耗、脱落が早まる。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、研削能力、切粉の排出能力を向上して目詰まりの発生を防止し、研削時の放熱性を高めて研削焼けの発生を抑制することが可能な研削用工具を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明の研削用工具は、円筒状台金の正面外周部および側面円周上に、複数の砥粒を集合させてなる砥粒集合体を設け、研削時の回転方向に対して前記砥粒集合体が規則的に配列され、前記砥粒集合体の配列位置が重なり合うように配列したことを特徴とする。
複数の砥粒を集合させて砥粒集合体を形成し、この砥粒集合体が規則的に重なり合うように配列したことにより、カッティングポイントが増加して切味が向上する。また砥粒１個にかかる負荷が低下することにより、砥粒の破砕や摩滅が低減され、寿命が向上する。
【００１６】
本発明の研削用工具においては、前記砥粒集合体を形成する砥粒は、ニッケル系合金を主成分とするボンド材によって台金上に化学結合によって保持され、前記砥粒集合体は、研削時の回転方向に対して３０°から７０°の範囲内の角度で傾斜をなして直線状に配列され、前記砥粒集合体の重なり量が、砥粒の平均粒径の１倍以上３倍以下であることを特徴とする。以下においては、直線状に配列された砥粒集合体が、研削時の回転方向に対してなす角度を、砥粒集合体の配列角度という。
【００１７】
砥粒が、ニッケル系合金を主成分とするボンド材によって台金上に保持されることによって、砥粒突出し量を高めて切味を向上することができる。
また、砥粒集合体は研削時の回転方向に対して３０°から７０°の範囲内の角度で傾斜をなして直線状に配列されることによって、砥粒集合体の隙間が一定となり、研削時に作用する砥粒数を安定化することができ、切味が向上する。
上記の角度が３０°未満であると、砥粒集合体の配列ピッチが長くなり、特に、台金側面においては、作用砥粒数の減少が顕著となって寿命の低下を引き起こす。一方、上記の角度が７０°を超えると、砥粒集合体の配列ピッチが短くなり、切粉の目詰まりを生じやすくなる。
【００１８】
また、砥粒集合体の重なり量が、砥粒の平均粒径の１倍以上３倍以下であることによって、研削残りが生じるのを防止することができ、研削面の精度が向上し、チッピングが減少する。
砥粒集合体の重なり量が砥粒の平均粒径の１倍未満であると、研削残りが生じやすく、研削面が粗くなる。一方、砥粒集合体の重なり量が砥粒の平均粒径の３倍を超えると、目詰まりが発生しやすく切味が低下する。
【００１９】
本発明の研削用工具においては、前記砥粒集合体は、直径が１０ｍｍ以下の略円形状をなし、中実状または中空状の集合体であることを特徴とする。
砥粒集合体の形状を略円形状とすることにより、切粉の流れを良好に保つことができ、目詰まりを防止して切味を向上することができる。
また、砥粒集合体の直径を１０ｍｍ以下とすることによって、切粉の流れを良好に保つことができるため、目詰まりを防止して研削能率を向上することができる。
【００２０】
本発明の研削用工具においては、円筒状台金の正面外周部に複数の溝を形成し、隣合う溝で囲まれた領域に形成された砥粒層が２分割され、前記砥粒層の占有面積が前記領域に対して７０％以上９５％以下であることを特徴とする。
円筒状台金の正面外周部に複数の溝を形成することによって、研削時における熱の発生を抑制するとともに、切粉の排出を向上させて研削能率を向上することができる。
【００２１】
また、隣合う溝で囲まれた領域に形成された砥粒層を２分割することによって、砥粒層の長さを短くすることができ、切粉がボンド面に溜まって目詰まりを起こすことを防止することができる。さらに、砥粒層を分割することで、切粉が排出されやすくなり、切味が向上する。
砥粒層の占有面積が領域に対して７０％未満であっても、切味は維持するものの、寿命が極端に低下する。一方、砥粒層の占有面積が領域に対して９５％を超えると、刃先に目詰まりを生じ、切味が低下する。
【００２２】
本発明の研削用工具においては、円筒状台金の正面外周部に形成された溝の深さを、円筒状台金の正面外周部の砥粒層の厚さに対して１．５倍以上５倍以下としたことを特徴とする。
溝の深さが円筒状台金の正面外周部の砥粒層の厚さに対して１．５倍未満であると、溝から切粉が排出されにくい。一方、溝の深さが円筒状台金の正面外周部の砥粒層の厚さに対して５倍を超えると、刃先が振動を起こしやすくなって、切味が低下する。
【００２３】
本発明の研削用工具においては、台金の背面に、台金外周側から半径方向に、台金外径の２０％以下の範囲で砥粒を固着したことを特徴とする。
台金の背面にも砥粒を固着することにより、研削時に被削材と接触することによる台金の摩耗を低減することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施形態に係る研削用工具を示し、（ａ）は同正面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同背面図である。
図１に示す研削用工具１において、円筒状円筒状台金２の正面外周部２ａ、側面円周部２ｂ、背面部２ｃにはそれぞれ砥粒層３が形成されている。この砥粒層３は、複数の砥粒を集合させてなる砥粒集合体を設けて形成されている。
【００２５】
円筒状台金２の円筒状台金の正面外周部２ａには、複数の溝４が設けられ、この溝４で挟まれた領域において砥粒層３が形成されている。また、円筒状台金２の中心部には、台金を回転させる回転装置を取付けるための取付け穴５が設けられている。円筒状台金２には、円筒状台金２の軽量化のために穴６を複数個設けることもできる。
円筒状台金２の側面円周部２ｂには、砥粒層３がスパイラル状に形成されている。このスパイラル状の砥粒層が円筒状台金２の先端面となす角であるスパイラル角度は、３０°から７０°の範囲内となるように形成されている。
また、円筒状台金２の背面部２ｃには、円筒状台金２の外周側から半径方向に、円筒状台金２の外径の２０％以下の範囲で砥粒層３が設けられている。
【００２６】
図２（ａ）、（ｂ）に、砥粒層３の詳細を示す。砥粒層３においては、図２（ａ）に示すように、砥粒集合体１１を形成する砥粒１２は、ニッケル系合金を主成分とするボンド材１３によって台金上に保持されている。砥粒集合体１１は、研削時の回転方向に対して３０°から７０°の範囲内の角度で傾斜角θをなして直線状に配列されている。また、砥粒集合体１１が規則的に重なり合うように配列されている。
図２（ａ）と、その部分拡大図である図２（ｂ）に示す砥粒集合体の重なり量Ｄは、砥粒の平均粒径の１倍以上３倍以下とするのが好ましい。
【００２７】
図３に、砥粒集合体１１の形状を示す。砥粒集合体１１は、直径が１０ｍｍ以下の略円形状をなし、（ａ）のような中実状または（ｂ）のような中空状の集合体となるように形成されている。
図４は、円筒状台金の正面外周部に形成された溝で囲まれた領域における砥粒層を示している。砥粒層３は、隣合う溝４で囲まれた領域において２分割されて形成され、砥粒層３の占有面積が、溝４で囲まれた領域の面積に対して７０％以上９５％以下となるように形成されていることが好ましい。また、溝４の深さは、砥粒層３の厚さに対して１．５倍以上５倍以下となるように形成されている。
【００２８】
【実施例】
以下に、具体的な作製例を示す。
テスト用の研削用工具を作製して、研削性能の試験を行った。
研削用工具の仕様を以下に示す。

試験に用いたテスト品の詳細を表１に示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
表１に示すテストのうち、テスト１は、円筒状台金の正面外周部に占める砥粒層の占有面積率を変えたときの研削性能の変化をテストしたものである。また、テスト２は、砥粒集合体の直径を変えたときの研削性能の変化をテストしたものである。また、テスト３は、砥粒集合体の配列角度を変えたときの研削性能の変化をテストしたものである。また、テスト４は、円筒状台金の正面外周部に設けられた砥材層の厚さに対する溝深さの比を変えたときの研削性能の変化をテストしたものである。
【００３１】
試験条件を表２に示す。
【表２】

【００３２】
上記の研削性能試験の実施の様子を図５に示す。
図５において、図１は研削用工具であり、この研削用工具１にエアーグラインダー２０を取付けて、研削用工具１を回転させつつ被削材２１に押し当てて、被削材２１の穴あけを行った。
【００３３】
上記の試験を行った結果を、図６、図７、表３、表４に示す。
図６は、円筒状台金の正面外周部における砥粒層の占有面積率を変えたことによる、研削性能の変化を示すものである。
図６からわかるように、砥粒層の占有面積率が７０％から９５％の範囲内であるときには、切味、寿命ともに良好な結果となった。これに対し、砥粒層の占有面積率が６０％のものでは、切味は良好であるものの、寿命が著しく低下している。その一方、砥粒層の占有面積率が１００％のものでは、切刃に目詰まりを生じ、切味が低下する。
【００３４】
図７は、砥粒集合体の直径を変えたときの切味指数の変化を示したものである。図７からわかるように、砥粒集合体の直径が１０ｍｍまでの範囲では切味は良好であるが、１５ｍｍになると、砥粒集合体に切粉が詰まって切味が低下する。このことから、砥粒集合体の直径は１０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００３５】
図８に、砥粒集合体の配列角度を変えたときの研削性能の変化を示す。
図８からわかるように、砥粒集合体の配列角度が２０°のときは、切味は良好であるが、砥粒の脱落が多くなり、寿命が低下する。一方、砥粒集合体の配列角度が８０°のときは、砥粒集合体に切粉が詰まりやすくなって切味が低下する。従って、砥粒集合体の配列角度を、３０°から７０°の範囲内とすることによって、切味と寿命のいずれをも向上させることができる。
【００３６】
表３に、円筒状台金の正面外周部に形成された溝の深さと、円筒状台金の正面外周部の砥粒層の厚さとの関係を示す。
【００３７】
【表３】

【００３８】
表３からわかるように、円筒状台金の正面外周部砥材層の厚さと溝深さとが同一の場合、切粉の排出が少ない。円筒状台金の正面外周部砥材層の厚さより溝の深さが大きくなると、切粉の排出が良好となるが、円筒状台金の正面外周部砥材層の厚さに対する溝深さの比が６倍になると、刃先が振動して切味が悪くなる。従って、円筒状台金の正面外周部に形成された溝の深さを、円筒状台金の正面外周部の砥粒層の厚さに対して１．５倍以上５倍以下とすることが好ましい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、以下の効果を奏することができる。
（１）円筒状台金の正面外周部および側面円周上に、複数の砥粒を集合させてなる砥粒集合体を設け、研削時の回転方向に対して前記砥粒集合体が規則的に配列され、前記砥粒集合体の配列位置が重なり合うように配列したことにより、砥粒１個にかかる負荷が低下し、砥粒の破砕や摩滅が低減され、寿命が向上する。
【００４０】
（２）ニッケル系合金を主成分とするボンド材によって台金上に化学結合により保持され、前記砥粒集合体は研削時の回転方向に対して３０°から７０°の範囲内の角度で傾斜をなして直線状に配列され、前記砥粒集合体の重なり量が、砥粒の平均粒径の１倍以上３倍以下であることにより、砥粒集合体の隙間が一定となり、研削時に作用する砥粒数を安定化することができ、切味が向上する。
また、研削残りが生じるのを防止することができ、研削面の精度が向上し、チッピングが減少する。
【００４１】
（３）砥粒集合体は、直径が１０ｍｍ以下の略円形状をなし、中実状または中空状の集合体であることにより、切粉の流れを良好に保つことができ、目詰まりを防止して切味を向上することができる。
【００４２】
（４）円筒状台金の正面外周部に複数の溝を形成し、隣合う溝で囲まれた領域に形成された砥粒層が２分割され、前記砥粒層の占有面積が前記領域に対して７０％以上９５％以下であることにより、研削時における熱の発生を抑制するとともに、切粉の排出を向上させて研削能率を向上することができる。
また、切粉がボンド面に溜まって目詰まりを起こすことを防止することができるとともに、砥粒層を分割することで、切粉が排出されやすくなり、切味が向上する。
【００４３】
（５）円筒状台金の正面外周部に形成された溝の深さを、円筒状台金の正面外周部の砥粒層の厚さに対して１．５倍以上５倍以下としたことにより、溝からの切粉の排出を促進しつつ、刃先が振動を起こして切味が低下することを防止できる。
【００４４】
（６）台金の背面に、台金外周側から半径方向に、台金外径の２０％以下の範囲で砥粒を固着したことにより、研削時に研削用工具の側面が被削材と接触することによる台金の摩耗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る研削用工具を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図２】砥粒層の詳細を示す図であり、（ａ）は砥粒集合体の配列を示し、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。
【図３】砥粒集合体の形状を示す図である。
【図４】円筒状台金の正面外周部に形成された溝で囲まれた領域における砥粒層を示す図である。
【図５】研削性能テストの実施状況を示す図である。
【図６】円筒状台金の正面外周部における砥粒層の占有面積率に対する研削性能の変化の様子を示す図である。
【図７】砥粒集合体の直径に対する切味指数の変化を示す図である。
【図８】砥粒集合体の配列角度を変えたときの研削性能の変化を示す図である。
【符号の説明】
１研削用工具
２円筒状台金
２ａ正面外周部
２ｂ側面円周部
２ｃ背面部
３砥粒層
４溝
５取付け穴
６穴
１１砥粒集合体
１２砥粒
１３ボンド材
２０エアーグラインダー
２１被削材

Claims

円筒状台金の正面外周部および側面円周上に、複数の砥粒を集合させてなる砥粒集合体を設け、研削時の回転方向に対して前記砥粒集合体が規則的に配列され、前記砥粒集合体の配列位置が重なり合うように配列したことを特徴とする研削用工具。
前記砥粒集合体を形成する砥粒は、ニッケル系合金を主成分とするボンド材によって台金上に保持され、前記砥粒集合体は、研削時の回転方向に対して３０°から７０°の範囲内の角度で傾斜をなして直線状に配列され、前記砥粒集合体の重なり量が、砥粒の平均粒径の１倍以上３倍以下であることを特徴とする請求項１記載の研削用工具。
前記砥粒集合体は、直径が１０ｍｍ以下の略円形状をなし、中実状または中空状の集合体であることを特徴とする請求項１又は２記載の研削用工具。
円筒状台金の正面外周部に複数の溝を形成し、隣合う溝で囲まれた領域に形成された砥粒層が２分割され、前記砥粒層の占有面積が前記領域に対して７０％以上９５％以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の研削用工具。
円筒状台金の正面外周部に形成された溝の深さを、円筒状台金の正面外周部に設けられた砥粒層の厚さに対して１．５倍以上５倍以下としたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の研削用工具。
台金の背面に、台金外周側から半径方向に、台金外径の２０％以下の範囲で砥粒を固着したことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の研削用工具。