JP2005111626A - 研削砥石 - Google Patents

Abstract

【課題】粗研削と仕上げ研削を一つの砥石で行うようにしたカップ状の研削砥石で、切り粉の排出を良好にして加工精度を向上させるとともに、被加工材に発生しやすいスクラッチ疵の発生を軽減させ、砥粒の損傷を低減させて砥石の寿命を向上させる。
【解決手段】砥石１０は、台金１の端面１１の幅方向中央部に凹溝１２を周方向に形成し、凹溝１２の外周側領域１３を粗研削領域とし、内周側領域１４を仕上げ研削領域として、切り粉排出溝２１によって区分された各外周側区分領域１５の回転方向前方側に傾斜面１５ａを、半径方向外周側に傾斜面１５ｂを形成し、切り粉排出溝２２によって区分された各内周側区分領域１６の回転方向前方側に傾斜面１６ａを、半径方向外周側に傾斜面１６ｂを形成したうえで、ダイヤモンド砥粒Ｄをろう付けにより固着して粗研削用砥粒層３１と仕上げ研削用砥粒層３２を形成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属材料やセラミックス材料などの機械部品を加工する際に用いられる研削砥石、とくに粗研削と仕上げ研削を一つの砥石で行うようにしたカップ状の研削砥石に関する。

従来、金属材料やセラミックス材料などの機械部品を加工する砥石として、カップ状の台金の表面にダイヤモンド砥粒をろう付け法により固着した研削砥石が使用されている。
ところで、たとえばアルミ合金鋳物の表面加工においては、最終製品の形状寸法との関係から、粗研削と仕上げ研削の両方の加工を必要とする部分がある。このような部分の加工を行うには、粗研削と仕上げ研削のそれぞれの加工に適した砥粒の粒度、砥粒の配設間隔があり、一つの砥石で両方の加工に適した条件を満足する砥石の製作が困難であったために、従来は粗研削と仕上げ研削のそれぞれに適した別々の研削砥石を使用して加工が行われていた。これに対し本出願人らは、一つの砥石で粗研削と仕上げ研削の両方の加工に適した研削砥石を開発し、特許文献１および特許文献２として提案した。

特許文献１に記載の研削砥石は、カップ状の台金の端面とその外周部にダイヤモンド砥粒をろう付けして刃先部を構成した研削砥石であって、台金端面の外周部寄りの部分に傾斜部または曲面部を形成し、外周部と傾斜部または曲面部を粗研削用領域として粗研削に適した条件で砥粒を配設し、台金端面の平坦部を仕上げ研削用領域として仕上げ研削に適した条件で砥粒を配設した研削砥石である。
ここで、粗研削と仕上げ研削のそれぞれに適した砥粒配設条件とは、粗研削用領域については、砥粒の配設間隔を大きくすること、および、砥粒の粒径を大きくすることを単独にまたは組み合わせて設定することであり、仕上げ研削用領域については、砥粒の配設間隔を小さくすること、および、砥粒の粒径を小さくすることを単独にまたは組み合わせて設定することである。このように粗研削用と仕上げ研削用のそれぞれに適した条件で砥粒を配設することにより、一つの砥石で粗研削と仕上げ研削の両方の加工を同時に行うことができる。

また特許文献２に記載の研削砥石は、特許文献１に記載の研削砥石と同様にカップ状の台金の端面に粗研削用領域と仕上げ研削用領域を形成した台金端面の粗研削用領域と仕上げ研削用領域の境界部に凹溝を設けた研削砥石である。
この研削砥石では、台金端面を外周側の粗研削用領域と内周側の仕上げ研削用領域とに分けているので、一つの砥石で粗研削と仕上げ研削の両方の加工を行うことができるとともに、粗研削用領域と仕上げ研削用領域の境界部に凹溝を形成しているので、切削時に発生した大きな切り粉が仕上げ研削用領域に入り込むことがなく、研削時の加工精度を良好に維持することができる。

また、特許文献３には、円盤状の砥石台金と、当該砥石台金の円周部付近に設けられる砥石チップとからなるセグメント型砥石であって、砥石チップは、ボルトまたは袋ナット状の形態からなるものであり、その第二のネジ部（第二ネジ部）を上記砥石台金に設けられた第一のネジ部（第一ネジ部）のところにネジ結合させるようになっているものが開示されており、砥石チップ頭部に傾斜面を設けたことが記載されている。
上記の構成によると、頭部に傾斜面を設けることにより、研削開始時において、傾斜面の最も外周部分は切り込み量が非常に少なくなるため、砥石とワークとの接触による衝撃力が小さくなり、砥石チップにかかるダメージが最小限に抑えられる、とされている。

特開２００１−７９７７２号公報 特開２００２−２６３９３７号公報 特開平９−２４８７６９号公報

上記の特許文献１，２に記載の研削砥石によれば、粗研削用領域と仕上げ研削用領域のそれぞれに適した条件で砥粒を配設することにより、一つの砥石で粗研削と仕上げ研削の両方の加工を行うことができる。しかし、この砥石を加工機械に装着して実際の研削加工を行った場合、切り粉の排出効率が十分でないという問題がある。特許文献２に記載の砥石では、粗研削用の外周側領域と仕上げ研削用の内周側領域の境界部に凹溝を形成しているので、切り粉が仕上げ研削用の内周側領域に入り込むことを防止することはできるものの、切り粉を砥石外に排出するのは難しい。そこで、内周側領域と外周側領域のそれぞれに、切り粉を砥石外に排出するための溝を設けることが考えられる。

具体的には、台金端面の内周から内周側領域を通り中央部の溝に通じる切り粉排出溝を内周側領域の周方向複数箇所に形成し、中央部の溝から外周側領域を通り台金端面の外周に通じる切り粉排出溝を外周側領域の周方向複数箇所に形成することである。このような切り粉排出溝を設けることにより、切り粉の排出性能は格段に良くなる。

しかし、その一方で、上記の切り粉排出溝を設けることで、加工面にスクラッチ疵が発生しやすくなるというあらたな問題が生じる。内周側領域と外周側領域に切り粉排出溝を設けることによって、内周側領域と外周側領域はそれぞれ周方向に複数の区分に区切られることになる。この区切られた各区分で、砥石回転方向の前方に位置する砥粒にかかる負荷が大きくなり、この砥粒の損傷により加工面にスクラッチ疵が発生し、これにより加工精度が悪化し、砥石寿命が低下する。また、砥石回転方向の前方で発生する切り粉が大きく、この切り粉が他の部分に擦られて移動するために、加工品位が悪くなるという問題もある。

本発明が解決すべき課題は、粗研削と仕上げ研削を一つの砥石で行うようにしたカップ状の研削砥石で、切り粉の排出を良好にして加工精度を向上させるとともに、被加工材に発生しやすいスクラッチ疵の発生を軽減させ、砥粒の損傷を低減させて砥石の寿命を向上させることにある。

本発明の研削砥石は、カップ状の台金の端面の中央部に周方向に連続した溝を設け、前記中央部の溝によって二分される外周側領域を粗研削用とし内周側領域を仕上げ研削用とし、台金端面の内周から前記内周側領域を通り前記中央部の溝に通じる切り粉排出溝を前記内周側領域の周方向複数箇所に形成し、前記中央部の溝から前記外周側領域を通り台金端面の外周に通じる切り粉排出溝を前記外周側領域の周方向複数箇所に形成して、前記内周側領域と前記外周側領域に砥粒をろう付けにより固着して砥粒層とした研削砥石であって、前記内周側領域および前記外周側領域の前記切り粉排出溝によって複数個に区分されたそれぞれの区分領域の端面の砥石回転方向前方側の一部を砥石回転方向前方に向かって低くなる傾斜面とするとともに、同区分領域の端面の外周側の一部を半径方向に外周に向かって低くなる傾斜面としたことを特徴とする。

ここで、前記複数個に区分されたそれぞれの区分領域の端面に配設されるすべての砥粒に対して砥粒を保持するろう材層の裾野の長さが砥粒平均粒径の１倍以上となる条件で砥粒を固着することが望ましい。

台金端面の外周側領域を粗研削用とし内周側領域を仕上げ研削用とした研削砥石において、内周側領域および外周側領域の周方向複数箇所に端面外周に通じる切り粉排出溝を形成することにより、加工中における切り粉の排出性能が高まり、切り粉に起因する加工面のスクラッチ疵の発生を低減させることができる。

また、切り粉排出溝によって区分されるそれぞれの区分領域の端面の一部を、砥石回転方向前方に向かって低くなる傾斜面とすることにより、それぞれの区分領域内において回転方向の前方に位置する砥粒にかかる負荷が軽減され、砥粒の損傷に起因する加工面の精度低下を防止することができる。また、それぞれの区分領域の端面の一部を、端面半径方向に外周に向かって低くなる傾斜面とすることにより、砥石進行方向に対する負荷が軽減され、加工時に発生する送りマークを小さくすることができる。

さらに、砥粒を保持するろう材層の裾野の長さが砥粒平均粒径の１倍以上となる条件ですべての砥粒を固着することにより、砥粒周りのろう材層の裾野が十分に長くなり、ろう材層による砥粒保持力が高くなって、加工中における砥粒の脱落が防止され、脱落した砥粒に起因する加工面の疵の発生を防止するとともに、砥石の寿命を向上させることができる。

本発明の研削砥石における台金端面の構成は、従来公知のカップ状研削砥石の台金に適用することができる。台金端面の全体形状、台金端面の外周側領域と内周側領域の半径方向の幅、および、中央部の溝の断面形状と寸法はとくに限定されるものではなく、砥石の寸法、被加工材の材質寸法、加工条件、要求される加工精度などに応じて適正な範囲を設定する。

外周側領域と内周側領域への砥粒の配設は、従来の砥石の場合と同様に、粗研削用と仕上げ研削用のそれぞれに適した条件で砥粒を配設する。ただし本発明の砥石の場合、すべての砥粒に対して砥粒を保持するろう材層の裾野の長さが砥粒平均粒径の１倍以上となるように砥粒を固着することが望ましい。

内周側領域および外周側領域に形成する切り粉排出溝は、とくに内周側領域からの切り粉の排出が重要であるので、内周側領域の切り粉排出溝の数を外周側領域の切り粉排出溝の数より多くするのがよい。切り粉排出溝の形状、大きさはとくに限定されるものではなく、断面矩形状あるいは断面Ｖ字状で、開口幅は台金の大きさや被加工材の材質にもよるが１〜５ｍｍ程度でよい。同様に中央部の溝の形状、大きさも断面矩形状あるいは断面Ｖ字状で、開口幅は２〜１２ｍｍ程度でよい。

内周側領域および前記外周側領域の前記切り粉排出溝によって複数個に区分されたそれぞれの区分領域の傾斜面については、砥石回転方向前方側の傾斜面は、区分領域の周方向長さの１／４〜２／３を傾斜面とし、半径方向外周側の傾斜面は、半径方向幅の１／４〜１／２を傾斜面とするのが適当である。傾斜面とする範囲が広すぎて平坦面の面積が小さくなると加工面の仕上がり精度が低下するので、少なくとも区分領域の面積にして１／２以上の平坦面を残しておくことが望ましい。傾斜面の傾斜角は、粗研削領域は回転方向に１〜１０度、半径方向に５〜４５度、仕上げ研削領域は回転方向に０．５〜５度、半径方向に１〜５度とするのが適当である。なお、ここでいう傾斜面には、曲率の小さい曲面も含むものとする。

以下は実施形態における研削砥石の最も好ましい製作工程である。
・台金の端面の幅方向の中央部ほぼ１／２幅に断面矩形状の溝を切削成形する。
・凹溝の外周側端面の周方向８箇所に断面矩形状の切り粉排出溝を半径方向に切削成形し、内周側端面の周方向１６箇所に断面矩形状の切り粉排出溝を半径方向に切削成形する。
・切り粉排出溝で区分された外周側の８個の区分領域および内周側の１６個の区分領域のそれぞれの端面の、砥石回転方向前方側２／３長さの範囲が前方に向けて低くなり、かつ外周寄り１／２幅の範囲が外周に向けて低くなる傾斜面となるように切削加工する。
・台金端面の中央部の溝と切り粉排出溝以外の部分にペースト状のチタン入り銀ろう材を塗布する。
・外周側領域（粗研削領域）に平均粒径４２９μｍのダイヤモンド砥粒を１．５ｍｍ間隔で配置し、内周側領域（仕上げ研削領域）に平均粒径２５０μｍのダイヤモンド砥粒を１．２５ｍｍ間隔で配置する。この際、各領域の内周側コーナーと外周側コーナーからは０．５ｍｍ以上離して砥粒を配置する。
・非酸化性雰囲気中で加熱し、砥粒を台金端面上に固着させて砥粒層とする。
・ツルーイングにより砥粒層の砥粒高さを揃える。

図１は本発明の実施例である研削砥石を示す斜視図、図２は台金端面の平面図、図３は台金端面の断面形状を示す部分拡大断面図で、（ａ）は半径方向縦断面図、（ｂ）は内周側領域の周方向縦断面図、（ｃ）は外周側領域の周方向縦断面図である。

本実施例の砥石１０は、機械部品の表面研削加工用の研削砥石であり、カップ状の台金１の端面１１の幅方向中央部のほぼ１／２幅に断面矩形状の凹溝１２を周方向に形成し、凹溝１２の外周側領域１３を粗研削領域とし、内周側領域１４を仕上げ研削領域として、後述するように切り粉排出溝２１，２２を形成し、切り粉排出溝２１によって区分された外周側区分領域１５に傾斜面１５ａ，１５ｂを形成し、切り粉排出溝２２によって区分された内周側区分領域１６に傾斜面１６ａ，１６ｂを形成したうえで、ダイヤモンド砥粒Ｄをろう付けにより固着して粗研削用砥粒層３１と仕上げ研削用砥粒層３２を形成している。なお、図１の符号１７は、回転機械の駆動軸に取り付けるため台金１１の底面に設けた孔である。

台金１１の外径は１１６ｍｍ、高さは６１ｍｍ、端面１１の半径方向幅は２１ｍｍである。凹溝１２の幅は１１ｍｍ、深さは３ｍｍであり、外周側領域１３と内周側領域１４の半径方向幅はいずれも５ｍｍである。外周側領域１３の切り粉排出溝２１および内周側領域１４の切り粉排出溝２２はともに断面矩形状であり、開口幅は２ｍｍ、深さは３ｍｍである。

外周側領域１３には周方向の８箇所に切り粉排出溝２１を形成して、８個の外周側区分領域１５に区分し、内周側領域１４には周方向の１６箇所に切り粉排出溝２２を形成して、１６個の内周側区分領域１６に区分している。切り粉排出溝２１と切り粉排出溝２２はともに、半径方向に対する角度θ１が１５度となる角度で回転方向（図中、Ｒで示す）後方側に傾けて、切り粉が外周側に向かって流れやすいように形成している。このように切り粉排出溝２１，２２を形成することにより、加工中における切り粉の排出性能が高まり、切り粉に起因する加工面のスクラッチ疵の発生を低減させることができる。

外周側区分領域１５には、端面の砥石回転方向前方側のほぼ２／３を、傾斜角θ２が１度となる角度で砥石回転方向前方に向かって低くなる傾斜面１５ａとするとともに、外周側のほぼ１／２を、傾斜角θ３が７度となる角度で半径方向に外周に向かって低くなる傾斜面１５ｂとしている。同様に内周側区分領域１６には、端面の砥石回転方向前方側のほぼ２／３を、傾斜角θ４が０．５度となる角度で砥石回転方向前方に向かって低くなる傾斜面１６ａとするとともに、外周側のほぼ１／２を、傾斜角θ５が５度となる角度で半径方向に外周に向かって低くなる傾斜面１６ｂとしている。このように各区分領域の砥石回転方向前方側を砥石回転方向前方に向かって低くなる傾斜面１５ａ，１６ａとすることにより、砥粒にかかる負荷が軽減されて砥粒の損傷に起因する加工面の精度低下を防止することができ、また、各区分領域の外周側を半径方向に外周に向かって低くなる傾斜面とすることにより、砥石進行方向に対する負荷が軽減され、加工時に発生する送りマークが小さくなる。

外周側区分領域１５の粗研削用砥粒層３１は、平均粒径４２０μｍのダイヤモンド砥粒Ｄを周方向に１．５ｍｍ間隔で、半径方向に１．３ｍｍ間隔で配置してろう材により固着して形成する。内周側区分領域１６の仕上げ研削用砥粒層３２は、平均粒径２５０μｍのダイヤモンド砥粒Ｄを周方向に１．２５ｍｍ間隔で、半径方向に１ｍｍ間隔で配置してろう材により固着して形成する。砥粒Ｄ周りのろう材層の裾野の長さは、砥粒Ｄの粒径の１倍以上が確保されて、ろう材層による高い砥粒保持力が維持され、加工中における砥粒ｄの脱落が防止される。

本発明の効果を確認するために、図１〜図３に示した実施例１の研削砥石（発明品）と、図３に示した傾斜面１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂは形成せず他は実施例１と同様に製作した研削砥石（比較品）と、切り粉排出溝２１，２２と傾斜面１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂを形成せず実施例１と同様な砥粒層を形成した研削砥石（従来品）とを用いて研削試験を行った。
〔試験条件〕
使用機械：マシニングセンタ
主軸回転速度：５０００ｍｉｎ^-1
切り込み：０．３ｍｍ／ｐａｓｓ
送り速度２０００ｍｍ／ｍｉｎ
被削材：アルミダイキャスト合金（ＡＤＣ−１４）
〔試験結果〕
表１に研削面の面粗さ、送りマークの発生程度、工具耐用度および研削能力の指標である消費電力を示す。

注：消費電力および工具耐用度は比較品を１００としたときの指標で示す。
表１からわかるように、発明品は比較品および従来品と比較すると、消費電力は２５〜４０％低減し、耐用度は１．１〜１．６倍で、研削能力、工具寿命とも優れている。また研削面の祖度も小さく、加工精度も優れている。

本発明は、粗研削と仕上げ研削を一つの砥石で行うようにしたカップ状の研削砥石を適用対象とするものであるが、外周側領域と内周側領域に同じ砥粒層を形成した研削砥石に対しても適用することができる。

本発明の実施例である研削砥石を示す斜視図である。 図１の研削砥石の台金端面の平面図である。 図１の研削砥石の台金端面の断面形状を示す部分拡大断面図で、（ａ）は半径方向縦断面図、（ｂ）は内周側領域の周方向縦断面図、（ｃ）は外周側領域の周方向縦断面図である。

符号の説明

１ 台金
１０ 砥石
１１ 端面
１２ 凹溝
１３ 外周側領域
１４ 内周側領域
１５ 外周側区分領域
１５ａ，１５ｂ 傾斜面
１６ 内周側区分領域
１６ａ，１６ｂ 傾斜面
１７ 孔
２１，２２ 切り粉排出溝
３１ 粗研削用砥粒層
３２ 仕上げ研削用砥粒層
Ｄ 砥粒
Ｒ 回転方向

Claims (2)

1. カップ状の台金の端面の中央部に周方向に連続した溝を設け、前記中央部の溝によって二分される外周側領域を粗研削用とし内周側領域を仕上げ研削用とし、台金端面の内周から前記内周側領域を通り前記中央部の溝に通じる切り粉排出溝を前記内周側領域の周方向複数箇所に形成し、前記中央部の溝から前記外周側領域を通り台金端面の外周に通じる切り粉排出溝を前記外周側領域の周方向複数箇所に形成して、前記内周側領域と前記外周側領域に砥粒をろう付けにより固着して砥粒層とした研削砥石であって、前記内周側領域および前記外周側領域の前記切り粉排出溝によって複数個に区分されたそれぞれの区分領域の端面の砥石回転方向前方側の一部を砥石回転方向前方に向かって低くなる傾斜面とするとともに、同区分領域の端面の外周側の一部を半径方向に外周に向かって低くなる傾斜面とした研削砥石。
2. 前記複数個に区分されたそれぞれの区分領域の端面に配設されるすべての砥粒に対して砥粒を保持するろう材層の裾野の長さが砥粒平均粒径の１倍以上となる条件で砥粒を固着した請求項１記載の研削砥石。

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