JP2006088303A - 研削加工用工具及び研削加工用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研削加工用工具において、加工部位に十分な研削液を供給し、加工部と被加工物の表面の加工圧力を低減することで、加工効率の向上と研削工具の長寿命化を実現する。
【解決手段】研削加工用工具１が主軸部２を中心に回転させながら被加工物に対してスパイラル状に研削加工を施しながら形状加工を施す加工用工具１であって、該加工用工具１の主軸部２に複数の開口部４と、その内部に研削液を供給する穴５を有し、前記複数の開口部４に砥石３を有する加工部を固定してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルミナ質焼結体・炭化珪素質焼結体・窒化珪素質焼結体・ガラス・サファイア等のセラミックス、或いは超硬合金等の脆性材を加工用工具を用いて形状を加工するために用いる研削加工用工具に関する。

従来より、セラミックスや金属等の焼結体を加工するために様々な工具が使用されている。

図４に示すような被加工物６が湾曲した段差を有するものや、複雑に曲がったような形状等を加工するためには、マシニングセンターに加工用工具を取り付けて、高速回転しながらプログラムにより制御されてその形状を加工する方法が行われている。

このような形状加工を施す研削加工用工具は、従来その外径が２０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の図６（ａ）（ｂ）に示すようなカップ型の軸付き工具が多く使用されている。

研削加工用工具として代表的なものに、図５（ａ）に示すようなダイヤモンドホイール１３がある。このようなダイヤモンドホイール１３は、ホイールの最外周に砥石としてダイヤ砥粒を含有したボンド層を有し、平面研削盤や万能円筒研削盤などに取り付けられて高速で回転し、研削液を介してセラミックスや金属からなる製品の厚みや溝、外形などを加工する研削加工用工具である。

また上記の他、図５（ｂ）に示すような軸付きダイヤ２３が、研削加工用工具として使用されている。

この軸付きダイヤ２３は、その用途によって大きく２種類に分けられる。一つは、その製品の形状を加工するための形状用軸付きダイヤ２３で、２つ目は孔加工を施すための孔加工用軸付きダイヤ２３である。

ここで形状用軸付きダイヤ２３には、その製品の角度や溝形状を加工する専用工具と多種の形状加工に汎用として使用される汎用工具がある。

このようなセラミックスや金属の焼結体を加工する研削加工用工具は、その切れ味の良さ、長寿命を目標に様々な改善が成されている。

例えば、図６（ａ）に示すような軸付き研削加工用工具３３は、軸の中央部に研削液を供給するための貫通穴３５を設けており、この貫通穴３５を通して研削液がダイヤモンドの固着された砥石へ供給され、ダイヤモンド砥粒と被加工物との接触による熱の発生を防ぐとともに、加工により発生した加工屑を除去する役割を果している（特許文献１参照）。

また、図６（ｂ）に示すような研削加工用工具４３は、研削部位を確実に冷却するために、加工作用を行う砥粒を固着した周囲の本体部に貫通穴４５を開けて、加工部を冷却するものである（特許文献２参照）。

また、図７はガラス部材５０の被加工面を研削及び又は研磨加工する複数の砥石５３を加工用保持部材５２上に位置決め手段を介して固定した研削及び又は研磨加工用工具の従来例である。

この工具では、工具の内周部にペレット状の砥石５３を座繰りや位置決めピンを用いて接着剤などにより固定することで、配置位置を常に一定位置に保証することができるので加工するレンズの品質を保証することができるとしている（特許文献３参照）。
特開２００４−１８８５８２号公報 特開２００２−１９２４７１号公報 特開２０００−８４８２０号公報

しかしながら、このような従来の研削加工用工具では、ダイヤモンド等を埋設した砥石部分が軸の回転に対して、同様の作用の連続であるために、被加工物表面と接触する際の抵抗が高くなり、特に砥石の加工部であるダイヤモンド砥粒が熱により炭化し、その切れ味が低下し易くなる。

このような問題を解決するために、研削液の供給が重要な課題となり、研削液は切り粉を除去する作用とともに、ダイヤモンド砥粒の発熱を防止する作用を有している。

この研削液の供給が十分でない場合などにおいては、ダイヤモンドの摩耗が早く、脱粒により被加工物にキズが発生したり、切れ味が低下して研削抵抗が高くなることで、ワークが破損するなどの問題があった。

また、加工面の径が大きくなるにつれて、研削液の供給が困難になり易く、その結果工具の寿命も短くなるという問題があった。

本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであって、その目的は研削加工用工具において、加工部位に十分な研削液を供給し、加工部と被加工物の表面の加工圧力を低減することで、加工効率の向上と研削工具の長寿命化を実現するものである。

上記問題点に鑑みて本発明の研削加工用工具は、主軸部を中心に回転させながら被加工物に対してスパイラル状に研削加工を施す加工用工具であって、前記主軸部に複数の開口部と、その内部に研削液を供給する穴を有し、前記複数の開口部に砥石を有する加工部を固定したことを特徴とする。

前記砥石がフェノール樹脂系レジンボンドダイヤ、またはメタルボンドダイヤからなり、ボンド硬度の異なる複数の砥石を備えたことを特徴とする。

前記加工部を主軸部の回転同心円の円周上に配置したことを特徴とする。

前記加工部に設けた砥石が、円輪状であることを特徴とする。

前記円輪状の砥石の円輪の幅が、１〜３ｍｍであることを特徴とする。

上記研削加工用工具の加工部の周囲に吸引口を設けたことを特徴とする。

このように本発明によれば、研削加工用工具が主軸部を中心に回転し、被加工物に対してスパイラル状に研削加工を施しながら形状加工を施す加工用工具であって、該加工用工具の主軸部に複数の開口部と、その内部に研削液を供給する穴を有し、前記複数の開口部に砥石を有する加工部を固定したことにより、軸回転に対して複数の砥石を配置して、その複数の砥石に個々に研削液が供給されるため、研削加工の際の加工圧力を低減することができる。

また、本発明の研削加工用工具は、前記砥石がフェノール樹脂系レジンボンドダイヤ、またはメタルボンドダイヤからなり、該ボンドが異なる結合度からなる２種類以上のボンドを用いたことにより、その研削加工の際の切れ味を持続することができる。

また、前記加工部を主軸部の回転同心円の円周上に配置したことにより、同心円に複数の砥石からの作用を受けて効率的な加工が可能となる。

さらに、前記加工部に設けた砥石が、円輪状であることにより、被加工物に対して繰り返し効率的な加工除去作用を高めることができる。

またさらに、前記円輪状の砥石の円輪幅が、１〜３ｍｍであることにより、被加工との接触による加工圧力が低い状態で、効率的な加工ができるため、その研削加工用工具の長寿命化を達成することができる。

また、上記研削加工用具の主軸部の加工部の周囲に吸引口を設けたことにより、研削、研磨加工によるキズを防止できる。

本発明の研削加工工具について、図を用いて説明する。

本発明の研削加工用工具は、図１（ａ）に示すように主軸部２を中心に回転させながら被加工物６に対してスパイラル状に研削加工を施しながら形状加工を施す加工用工具１であって、該加工用工具１の主軸部２に複数の開口部４と、その内部に研削液の供給穴５を有し、前記複数の開口部４に砥石３ａを有する加工部３を固定するものである。

また、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、加工部３にはその外径に雄ネジ部４ｂを有しており、主軸部２の複数の開口部４に設けた雌ネジ部４ａに嵌め込んで固定される。このとき主軸部２に設けられた供給穴５と加工部３に設けられた供給穴５ａが貫通し、研削液を供給することができる。

例えば主軸部２の外径を４０ｍｍ、複数の加工部３の砥石３ａの外径を１５ｍｍとして、各々ネジ部をＭ１２ネジで使用して固定している。

また例えば、研削液の供給穴５は、主軸部２の中心に１０ｍｍの径の穴を加工し、加工部３に連通する横穴と加工部３の供給穴５ａは径を５ｍｍとした。

このような本発明の研削加工用工具１は、複数の加工部３を配置しているため、その複数の加工部３に個々に供給穴５ａより研削液が供給され、研削加工の際には複数の加工部３の砥石３ａと被加工物６との間で発生する熱の冷却作用や、削り粉の除去作用等が良好に行うことができ、加工圧力を低減することができる。

また、複数に設けた加工部３は、２個以上であることが好ましく、さらには３個以上であることがより好ましく、その数は、加工部３の砥石３ａの径を変えることにより、自由に変えることができる。

また、主軸部２への加工部３の固定方法は、ネジ構造の他、接着等の接合構造や固定ピン、または圧入などの方法でも固定することができるが、砥石３ａの摩耗による交換などから、その作業が簡単に可能であるネジ構造によるものがより好ましい。

また、本発明の研削加工用工具１は、その砥石３がフェノール樹脂系レジンボンドダイヤ、またはメタルボンドダイヤからなり、該砥石のボンドが２種類以上の異なる結合度からなるボンドを用いることが好ましい。

ダイヤモンド工具の砥石３ａは、ＪＩＳ Ｂ ４１３１にあるように、ボンドと呼ばれる結合剤の硬度を変えて、砥粒を保持する力を決めることができるようになっている。

これを結合度として表し、その結合度の度合いは、アルファベット文字記号を用い、Ｎを中位として、前側では結合力が弱く、後側では結合力が強くなる。

ここで、このボンドの結合力の異なる２種類以上を組み合わせて使用することで、その工具寿命を向上させることができる。特にＬ等の比較的柔らかいボンドと、Ｐ等の硬めのボンドを組み合わせて使用すると、柔らかいボンドは切れ味の良好な新しいダイヤ面を常に表面に保持しやすく、また硬めのボンドはダイヤ砥粒の保持力が強く、しっかりとした加工物の除去に作用するため、その相互の利点が生かされて、工具寿命が結合度Ｎ等の中位のボンドを使用した場合に比べて２倍程度まで寿命を延ばすことができる。

また、その粒度は＃８０〜＃４００、集中度５０〜１００であることが好ましい。

この粒度においても、粗い砥粒と細かい砥粒を組み合わせることにより、粗加工と仕上げ加工を工具を変えることなく行うことができる。

また、電着ダイヤの場合は寿命においては不安があるものの、切れ味が良好であるため、その用途に合わせて使い分けることが好ましい。

また、レジンボンドダイヤはフェノール樹脂系やビトリファイド樹脂系のようなダイヤモンド砥粒をしっかりと固定し、加工圧力に負けずに保持できるものが好ましい。

また、前記加工部３を、主軸部２の回転同心円の円周上に配置していることが好ましい。

これにより、同心円の円周上に複数の加工部３の砥石３ａからの作用を受けて効率的な加工が可能となる。これは個々に砥石３ａによる加工を連続で実施している状態であるが、主軸部２の回転数を上げる必要もなく、さらに被加工物６と加工部３の砥石３aに供給穴５、５ａより、直接的に研削液を供給することができるため、より効率的な加工が可能となる。

また、回転の同心円ではなくこの主軸部２の円周上から位置がずれていてもかまわず、主軸部２が回転することによって複数の加工部３の砥石３ａが互いに相乗効果をもたらして、加工効率が向上する効果が期待できる。

さらに、前記加工部３に設けた砥石３ａが、円輪状であることが好ましく、これにより被加工物に対して繰り返し効率的な加工除去作用を高めることができる。

このように加工部３の砥石３ａの形状を円輪状とすることで、その中央部に研削液を供給するための供給穴５ａを確保でき、さらに円輪状の内側へ研削液が充填されて、各々の砥石３ａの全体へ均等に供給されるため、部分的に砥石３ａが焼き着いたり、その切れ味が低下することを防ぐことができる。

またさらに、前記円輪状の砥石３ａの円輪幅が、１〜３ｍｍであることが好ましく、これにより被加工との接触による加工圧力が低い状態で、効率的な加工ができるため、その研削加工用工具１の長寿命化を達成することができる。

この円輪幅は、加工時の被加工物との接触により、加工圧力に大きく影響する部分であり、この接触面積を小さくすることが好ましい。

ここで円輪幅が１ｍｍ未満であるときは、加工の際の圧力や回転による負荷によって砥石３ａが破損してしまい、また円輪幅が３ｍｍを超えると、接触面積が増大するため抵抗が大きくなり、発熱により砥石３ａの切れ味の低下などを招く恐れがある。

また、ここで円輪状とは角部の無いリング状のものであれば良く、略多角形で鋭角な角部が無い形状であれば、同様の効果を得ることができる。

また、上記研削加工用具の主軸部の加工部の周囲に吸引口を設けることが好ましい。

図３（ａ）（ｂ）に示すように主軸部２の内部に吸引穴７を設け、加工部３の砥石３ａから排出された研削液が、切り粉やダイヤモンド砥粒を含みながら、砥石３ａの外側に設けた吸引口７ａより、吸引される。

これにより、加工による切り粉の除去や、加工により脱粒した古い砥粒を吸引できるため、研磨加工時にこれらの含まないきれいな研削液のみで加工することができるため、加工によるキズを防止できる。

また、この吸引口７ａは砥石３ａよりも高さを短くして、数ｍｍ浮いている状態であれば加工にも支障がなく、吸引することが可能である。

次に、本発明の実施例を以下に示す方法で実験を行った。

本発明の実施例として図１に示すような研削加工用工具を用意し、比較例として図６（ａ）（ｂ）のような従来の研削加工用工具を用意した。

比較例として試料１は、図６（ａ）に示すような主軸部２の中央部の１箇所に供給穴５ａを設けた研削加工用工具であり、また試料２は、図６（ｂ）に示すようなその研削液を供給する穴部が加工部３に近い台金部に４箇所設け、外部から研削液を供給するものである。

次に本発明の研削加工用工具として、試料３〜１６を用意した。

この本発明の試料は、図１に示すような研削加工用工具で、主軸部２に複数の加工部３を収納する複数の開口部４と、その内部に研削液を供給する穴を有し、前記複数の開口部４に砥石３ａを有する加工部３を固定したものである。

また、主軸部２に設けた開口部４を６ヶ所設け、砥石３ａの数量をそれぞれ２、４、６個で評価した。このとき使用しない開口部４には六角穴付き止めネジを挿入して研削液が漏れないようにシール固定した。

また、複数の砥石３ａの位置を回転同心円の円周上に配置したものと、円周上ではなく砥石３ａの半数を円周上より５ｍｍずらした位置のもの、さらに前記円周上に配置した複数の円輪状の砥石３ａからなる加工部３を有するものと、同様に角状のものを評価した。

またさらに、円輪状の砥石３ａの円輪幅を１〜５ｍｍまで変えて評価した。

また、図３に示すような吸引口を設けた試料を試料１５、１６として評価した。

その評価方法は、マシニングセンターにて研削加工を施す際の研削可能な切り込み深さを加工深さとして、また加工した被加工物の表面粗さ、また継続して加工を実施してドレッシングが必要になるまでの工具寿命について評価を実施した結果を表１に示す。

表１の結果より、本発明の研削加工用工具は、比較例である試料１、２のものと比較して、その切り込み可能な加工深さが深くでき、また研削に作用する面が多いことから加工した被加工物の表面粗さも良好であった。

また研削抵抗が少ないため、継続して加工を実施してドレッシングが必要になるまでの工具寿命も長くなり、従来よりも２倍以上の長寿命化が可能である。

ここでは研削液の供給が良好であることが最も大きな要因と考えられ、比較例の試料１ではその供給穴が中央部の1箇所であるため供給が不足がちであり、試料２では外部から回転する工具へ研削液を供給しようと試みても、内部まで必要な量を供給することが困難であったためである。

また、次に表１の結果より、試料８の研削加工用工具において、その砥石を電着ダイヤとしたもの、フェノール樹脂系レジンボンドダイヤとしたもの、メタルボンドダイヤからなるものを製作し、同様に評価した。

結果を表２に示す。

表２の結果から、メタルボンドが最も工具寿命が長いが、表面粗さではレジンボンドが最も良好で、また１回の切り込み可能な加工深さでは電着ダイヤが良好であった。

また、試料２０〜２２は砥石のボンドが、２種類の異なる結合度からなるボンドを用いたもので、全て同じ結合度としたボンドの場合よりもその寿命が延びている。さらにその結合度をＬとＰを加工部に同時に使用したものは、寿命がさらに延びていた。

したがって、加工時間のみを短縮したい場合は電着ダイヤで十分であるが、その表面粗さ、工具寿命などを必要とするのであれば、レジンボンドやメタルボンドを使い分け、さらに結合度を適時変更することができる。

（ａ）は本発明の研削加工用工具の側面断面図、（ｂ）は本発明の研削加工用工具の加工部である下面図である。 （ａ）は本発明の研削加工用工具の主軸部の側面断面図、（ｂ）は本発明の研削加工用工具の加工部の下面図である。 （ａ）は本発明の吸引口を設けた研削加工用工具の側面断面図、（ｂ）は本発明の吸引口を設けた研削加工用工具の下面図である。 研削加工方法を示す一例の斜視図である。 （ａ）は従来の研削加工用工具のダイヤモンドホイールの斜視図、（ｂ）は従来の研削加工用工具の軸付き工具の側面断面図である。 （ａ）は従来の研削加工用工具の特許文献１に示す工具の側面断面図、（ｂ）は従来の研削加工用工具の特許文献２に示す工具の側面断面図である。 従来の複数の加工部を有する研削加工用工具の側面断面図である。

符号の説明

１：加工用工具
２：主軸部
３：加工部
３ａ：砥石
４：開口部
４ａ：雌ネジ部
４ｂ：雄ネジ部
５：供給穴
５ａ：供給穴
６：被加工物
７：吸引穴
７ａ：吸引口
１３：ダイヤモンドホイール
２３：軸付きダイヤ
３３：研削加工用工具
３５：貫通穴
４３：研削加工用工具
４５：貫通穴
５０：ガラス部材
５２：加工用保持部材
５３：砥石

Claims (6)

1. 主軸部を中心に回転させながら被加工物に対してスパイラル状に研削加工を施す加工用工具であって、前記主軸部に複数の開口部と、その内部に研削液を供給する穴を有し、前記複数の開口部に砥石を有する加工部を固定したことを特徴とする研削加工用工具。
2. 前記砥石がフェノール樹脂系レジンボンドダイヤ、またはメタルボンドダイヤからなり、ボンド硬度の異なる複数の砥石を備えたことを特徴とする請求項１に記載の研削加工用工具。
3. 前記加工部を主軸部の回転同心円の円周上に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の研削加工用工具。
4. 前記加工部に設けた砥石が、円輪状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の研削加工用工具。
5. 前記円輪状の砥石の円輪の幅が、１〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の研削加工用工具。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の研削加工用工具の加工部の周囲に吸引口を設けたことを特徴とする研削加工用装置。

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