JP2006263890A - 研削砥石 - Google Patents

Abstract

【課題】形状崩れの発生が少なく、研削抵抗の増大、チッピングやクラックの発生を抑制することが可能な研削砥石を提供する。
【解決手段】研削砥石１は、中央に取り付け用穴２を設けた基板３の外周端面に溝４が設けられている。溝４の形状は、被削材の面取り形状に合わせて、滑らかな曲面からなるＵ字状としている。溝４内には、砥粒が基板３に固着されて規則的に配列されている。溝４の底面には、研削液溜りとして機能するＶ字状溝が形成されている。砥粒の規則配列のパターンは、研削目的に応じて変えることができ、また、砥粒配列の一部分だけについて砥粒配列のピッチを変えることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガラスの面取り等に使用される研削砥石に関する。

総型加工におけるガラスの面取り等の目的で、従来メタルボンド砥石が広く用いられている。メタルボンド砥石は、砥粒を金属材料で結合させて砥粒層を形成しており、研削性能を向上・安定させるためには、チップポケットの確保や、砥粒が砥粒層中で均等に分散していることが必要となる。
しかし、砥粒を砥粒層中で均等に分散させることは現実には難しく、砥粒が偏在して砥粒同士のかたまりが生じると、チッピングやクラックが大きくなるとともに、研削抵抗が増大して、加工時の焼けが発生する。

また、一般のメタルボンド砥石は使用して行くうちに、砥粒脱落が発生する。砥粒脱落が進行すると、メタルボンドは被削材と擦れることによっても研削抵抗が増大して、加工時の焼けが発生し、形状崩れが発生しやすい。
メタルボンド砥石においては、定期的にボンドをＷＡ砥石等で掘り起こすドレッシングが必要である。これにより、砥粒突き出しが再生して切れ味が回復する。ただし、ドレッシングの直後は砥粒高さが不均一で被削材の面粗さ・チッピングが大きいという現象が発生する。

また、メタルボンド砥石の切味を向上させるためには、被削材の溶着・目詰まりを抑制し、チップポケットを確保する必要がある。チップポケットを確保するために気孔を含有させたりする方法もある（特許文献１参照）が、そうする事により、ボンドの耐久性も弱くなり寿命も短くなる。
また、砥材層中に二硫化モリブデンや、硫酸ナトリウムなどの潤滑材をボンドの中に入れて切れ味を向上させる方法もあるが（特許文献２参照）、この方法も砥材の分散と同様に均一にさせる事がむずかしい。
さらに砥粒を均一に配列させた研削砥石の一例が、特許文献３に記載されている。これは総型形状で、Ｖ溝に砥粒を配列して眼鏡レンズなどの周縁を加工するものである。
また、切れ味を向上させる手法として一般的に、図９に示すように、砥石に切り欠き２０をいれる方法があり、この構造の砥石が、特許文献４に記載されている。このような手法により、切れ味は向上するが、面取りを行う被削材のコーナー部では、砥面の断続当りを生じる。このコーナー部は研削取り代が多く、加工負荷も高い。このため加工時の断続当りにより、加工後のチッピングも大きくなってしまい品質に問題がおこる。

特開２００４−１４８４６９号公報 特開２００３−１２７０６６号公報 特開２００２−２２４９６５号公報 実開平７−７８６２号公報

一般的な、硝子、セラミック、シリコン、磁性体等の面取り加工において、総型形状の砥石で単純なＶ溝形状とすることは好ましくない。Ｖ溝であると、加工後に被削材の形状がエッジ形状となり、その結果、被削材のエッジ部で欠け・チッピング・クラックが発生しやすい。上記材料、特にガラス、シリコン、セラミックのようなチッピングの発生しやすい脆性材料の加工においては、エッジのないなだらかな形状であることが好ましい。

また、上述したように、メタルボンド砥石を用いてガラスの面取り加工を行おうとすると、砥粒層における砥粒分布が不均一となることによって、形状崩れ等が発生して研削性能が低下し、寿命のばらつきが大きくなる。また、砥石脱落が発生することによるドレッシング作業が必要となる。
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、ドレッシングを行わずに、形状崩れの発生が少なく、研削抵抗の増大、チッピングやクラックの発生を抑制することが可能な研削砥石を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明は、円形基板の外周端面に滑らかな曲面からなる溝を設け、この溝内で砥粒をろう付けにより基板に固着して規則的に間隔を置いて配列し、前記溝の底面に研削液溜りとなる凹部を形成したことを特徴とする研削砥石である。
メタルボンドを用いずに、円形基板の外周端面に設けられた溝内で砥粒をろう付けにより基板に固着しているため、メタルボンドが被削材と擦れて加工時に面取り形状が崩れることがない。また、砥粒同士の間隔が均等になるように、規則的に砥粒を配列しているため、メタルボンド砥石に見られるような砥粒分布の不均一がなく、チッピングやクラックの発生が抑制され、寿命のばらつきがない。
また、チップポケットを規則的に確保できるため、切粉の排出能力に優れている。
さらに、メタルボンド砥石の場合よりも砥粒の突き出し量を大きく、かつ揃っているため、切れ味が向上する。
また、メタルボンド砥石や電着砥石では、研削液溜りを設けることは難しいのに対して、本発明では容易に研削液溜りの凹部を形成することができるため、溝の底部にまで研削液を回りこませることができ、焼けの発生を防止して、研削速度を高めることができる。

本発明においては、前記溝の形状が、被削材の面取り形状に合致するように形成され、被削材のコーナー部と接触する領域で砥粒の配列間隔を狭くし、あるいは、砥粒を集合して配列していることを特徴とする。
溝の形状が、被削材の面取り形状に合致するように形成されていることにより、砥粒の固着パターンが面取り形状に合致するため、被削材の面取り形状に対して砥粒の突き出し高さが揃い、加工精度が向上する。また、被削材のコーナー部と接触する領域で砥粒の配列間隔を狭くし、あるいは、砥粒を集合して配列していることにより、大きな負荷のかかる、被削材のコーナー部と接触する領域で作用する砥粒数が増えるため、砥粒１個当たりの負荷を軽減することができ、研削品質が向上する。

本発明においては、前記被削材のコーナー部と接触する領域以外の領域で、隣り合う砥粒同士の間隔は、砥粒の平均粒径の２倍以上１０倍以下であることを特徴とする。
隣り合う砥粒同士の間隔が、砥粒の平均粒径の２倍未満であると、砥粒の密度が高くなりすぎ、切粉の排出に支障をきたす。また、砥粒の擦り減り摩耗が少しでも進行すると、接触面積が増えて抵抗が高くなり焼けが発生する。一方、隣り合う砥粒同士の間隔が、砥粒の平均粒径の１０倍を超えると、一つの砥粒あたりにかかる負荷が大きくなり、砥粒の擦り減り摩耗、摩滅が早く進行し、寿命が短くなる。

本発明によると、ドレッシングを行わずに、形状崩れの発生、研削抵抗の増大、チッピングやクラックの発生を抑制することができ、面取り加工に最適な研削砥石を実現することができる。

以下、本発明の研削砥石を、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砥石の構成を示す。（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
図１において、研削砥石１には、中央に取り付け用穴２を設けた基板３の外周端面に溝４が設けられている。溝４の形状は、被削材の面取り形状に合わせて、滑らかな曲面からなるＵ字状の溝としている。

図２に、溝４の拡大図を示す。溝４内には、砥粒５が基板３に固着されて規則的に配列されている。砥粒５の一例としてダイヤモンドを用いることができる。砥粒５の規則配列のパターンは、研削目的に応じて変えることができ、また、砥粒配列の一部分だけについて砥粒配列のピッチを変えることができる。また、溝４の底面には、研削液溜りとして機能するＶ字状溝１０が形成されている。このようなＶ字状溝１０は、放電加工やレーザ加工によって形成することができる。
このように砥粒５を基板３に規則的に配列することは、砥粒５を配列させる形状にあわせて作った薄い型シートを基板３上にはり、このシートに設けられている、砥粒５の粒径の１〜１．９倍の径を有する穴にダイヤモンドを配置して、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ−Ｉｎ系、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系、Ｎｉ−Ｃｒ系などの活性金属入りろう材を用いて固着することによって可能である。砥粒５を集合させて複数個の砥粒群とする場合には、その砥粒群の径の１〜１．９倍の径の穴を設けたシートを用いる。

図３に、被削材を本発明の研削砥石で研削する様子を示す。
被削材６を研削砥石１で面取り加工して曲面９を有する形状とする際に、被削材６のコーナー部７での取り代が多く、そのため、基板３に設けられた溝４に固着された砥粒５のうち、このコーナー部７と接触する領域８で加工負荷が大きい。このことを考慮して、被削材６のコーナー部７と接触する領域で、砥粒５の配列間隔を狭くし、あるいは、砥粒５を集合して配置している。その詳細を図４に示す。

図４は、溝４を上方から見た図であり、図４（ａ）は、被削材６のコーナー部７と接触する領域で、砥粒５を集合させて配置した例であり、図４（ｂ）は、被削材６のコーナー部７と接触する領域で、砥粒５の配列間隔を狭くした例である。いずれの場合も、作用する砥粒数が増えるため、砥粒１個当たりの負荷を軽減することができる。
図４（ａ）のように、砥粒５を集合させて配置する場合には、１つの集合体につき、集合させる砥粒数は１０個以下としている。１０個を超えて集合させると、一つの砥粒５にかかる砥粒負荷を軽減はするが、砥粒５の擦り減り摩耗による抵抗増大が大きく、やけが発生しやすくなるからである。
また、図４（ａ）、（ｂ）のいずれの場合においても、被削材６のコーナー部７と接触する領域以外の領域では、隣り合う砥粒同士の間隔は、砥粒５の平均粒径の２倍以上１０倍以下としている。
また、研削液溜りとして機能するＶ字状溝１０は、溝４の幅方向についてずらして形成されている。その様子を、図５に示す。
Ｖ字状溝１０には砥粒５が固着されていないが、Ｖ字状溝１０を溝４の幅方向についてずらして形成することにより、研削砥石の回転方向について砥粒５が全く固着されなくなることを防止でき、被削材にすじ状の模様が付くことを防止できる。

以下に、試験例を示す。
本発明の研削砥石と、従来のメタルボンド砥石について研削試験を行った。試験条件は表１に示す通りである。

また、従来のメタルボンド砥石については、表２に示す条件でドレッシングを行った。

図６に、消費電力の推移を示す。
従来のメタルボンド砥石（従来例）では、研削途中でドッレシングを行うことによって消費電力が低下するが、砥粒間隔を砥粒の平均粒径の５倍とした実施例では、ドッレシングを行うことなく、消費電力を良好なレベルに維持することができる。また、砥粒間隔を砥粒の平均粒径の１倍とした比較例１では、砥粒間隔が短すぎるため、加工初期から消費電力が高く、焼けが発生する。また、砥粒間隔を砥粒の平均粒径の３０倍とした比較例２では、砥粒間隔が長すぎて、砥粒の摩耗が進行し、焼けが発生する。

図７に、加工面の面粗さの推移を示す。砥粒間隔を砥粒の平均粒径の５倍とした実施例では、ドッレシングを行うことなく、加工面の面粗さを良好に維持することが可能であり、ドッレシングを必要とする従来のメタルボンド砥石（従来例）よりも、この点において有利である。
図８に、研削液溜りとして機能するＶ字状溝１０を設けたときと、設けないときの比較データを示す。ＡがＶ字状溝１０を設けない場合であり、ＢがＶ字状溝１０を設けた場合である。Ｖ字状溝１０を設けることにより、加工送り速度を２５ｍ／ｍｉｎと大きくすることが可能となった。

図１０に、研削砥石１の溝４に設けられるスリットによって、発生するチッピングの長さが変化する様子を示す。図１０（ａ）に示すチッピングの長さは、図１０（ｂ）にその形状を示す研削砥石１によるものであり、Ｎｏ１は横方向にスリット１１を形成したものであり、Ｎｏ２はスリットを形成しないものであり、Ｎｏ３は本発明のように、縦方向にスリット、すなわちＶ字状溝１０を設けたものである。チッピングの長さは、Ｖ字状溝１０を設けたことによっては大きな影響を受けておらず、横方向にスリット１１を形成したものよりもはるかに優れていることがわかる。

本発明は、形状崩れの発生、研削抵抗の増大、チッピングやクラックの発生を抑制することができ、面取り加工に最適な研削砥石として利用することができる。

本発明の実施形態に係る研削砥石の構成を示す図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施形態に係る研削砥石における溝の拡大図である。 被削材を本発明の研削砥石で研削する様子を示す図である。 溝を上方から見た図である。 本発明の実施形態に係る研削砥石の斜視図である。 消費電力の推移を示す図である。 加工面の面粗さの推移を示す図である。 研削液溜りとして機能するＶ字状溝を設けたときと、設けないときの比較データを示す図である。 切り欠きを設けた砥石と、チッピングの発生を示す図である。 研削砥石溝に設けられるスリットによって、発生するチッピングの長さが変化する様子を示す図である。

符号の説明

１ 研削砥石
２ 取り付け用穴
３ 基板
４ 溝
５ 砥粒
６ 被削材
７ コーナー部
８ コーナー部と接触する領域
９ 曲面
１０ Ｖ字状溝
１１ スリット
２０ 切り欠き

Claims (3)

1. 円形基板の外周端面に滑らかな曲面からなる溝を設け、この溝内で砥粒をろう付けにより基板に固着して規則的に間隔を置いて配列し、前記溝の底面に研削液溜りとなる凹部を形成したことを特徴とする研削砥石。
2. 前記溝の形状が、被削材の面取り形状に合致するように形成され、被削材のコーナー部と接触する領域で砥粒の配列間隔を狭くし、あるいは、砥粒を集合して配列していることを特徴とする請求項１記載の研削砥石。
3. 前記被削材のコーナー部と接触する領域以外の領域で、隣り合う砥粒同士の間隔は、砥粒の平均粒径の２倍以上１０倍以下であることを特徴とする請求項２記載の研削砥石。

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