JP2006315127A - 除去加工方法および研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワーク表面１ａを細かな面粗度に加工でき、且つ作業環境に優れた研削方法を提供する。
【解決手段】本発明の研削方法は、ワーク表面１ａおよびその表面に接触する砥石面２ａが冷却液中に浸漬された状態で実施されるので、冷却効果が高い。また、砥石２には、砥石面２ａの周縁部から径方向中心部に向かってテーパ状に凹む窪みが形成され、砥石面２ａの周縁部のみがワーク表面１ａに接触している。これにより、ワーク１と砥石２との接触面積が小さくなるため、研削加工時の発熱量を少なくできる。
また、加工中の砥石２は、窪みの一部がワーク１の外周より径方向外側に覗いた状態で砥石面２ａがワーク表面１ａに接触しており、そのワーク１の外側に覗く窪みに向けて、ノズル６ｂから噴流が供給されるため、研削時に発生した切屑を冷却液中に排出でき、切屑による砥石２の目詰まりを防止できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、研削工具あるいは切削工具等の除去工具を用いて、被加工物の表面に研削あるいは切削等の除去加工を行う除去加工方法に関する。

従来、被加工物の表面を砥石によって研削加工する際に、研削位置に研削油剤を供給しながら研削加工する湿式研削加工方法がある。
また、研削位置に冷風を供給しながら、発熱を抑えるための潤滑材として微粒子状油を研削位置に供給するか、固定潤滑処理した砥石を使用する研削方法が知られている（特許文献１参照）。
特開平１０−８６０３６号公報

ところが、上記の湿式研削加工方法では、１）砥石と被加工物との接触面同士が広い面積の平面で接触するため、両者の接触面間に研削油剤が十分に行き渡らない。その結果、十分な潤滑ができず、発熱が大きくなる。また、２）研削位置に供給される研削油剤が、加工時に発生した熱を奪うことによって冷却しているが、発熱量が大きいため、十分な冷却ができない。この１）、２）の要因により、特に熱容量の小さい薄物部品等は、表面が微細に歪んだり、材料が膨張して変形するため、加工箇所を細かな面粗度に加工することが困難である。

また、砥石と被加工物との接触面積が大きいため、砥石と被加工物との間に発生した切屑の逃げ場が無く、その切屑が砥石の隙間に入り込んで、目詰まりを起こし易くなる。砥石が目詰まりを起こすと、砥石表面の砥粒が均一に被加工物の表面に接触できなくなり、加工箇所を細かな面粗度に加工することが困難である。
更に、研削油剤を研削位置に供給する時に、砥石と被加工物との間に入らない余分な研削油剤が砥石や被加工物に当たって周囲に飛び散ることがあり、且つ研削時に発生した切屑が空気中に舞うことがあるため、周囲の作業環境が悪化する。

一方、特許文献１に記載された研削方法では、微粒子状油剤や固定潤滑剤が砥石の中に入り込んで目詰まりを起こし易く、潤滑効果が失われ易い。このため、摩擦係数が高まり、摩擦熱が発生しやすい。また、砥石と被加工物とが平面で接触するため、接触面が大きくなることからも、摩擦熱が発生しやすい。
更に、冷却手段としては、研削位置に冷風を供給しているが、空気の熱用量が小さいため、多くの熱を研削位置から奪うことができず、十分な冷却効果が得られない。上記の要因によって、加工箇所を細かな面粗度に加工することが困難である。

本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、加工時に発生する熱量を小さくでき、且つ冷却性能を高めることで、加工箇所を細かな面粗度に加工できると共に、作業環境に優れた除去加工方法を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、研削工具あるいは切削工具等の除去工具を用いて被加工物の表面に研削あるいは切削等の除去加工を行う除去加工方法において、少なくとも被加工物の表面およびその表面に接触する除去工具の接触面が冷却液中に浸漬され、その冷却液中にて除去加工を行うことを特徴とする。

上記の方法では、少なくとも被加工物の表面およびその表面に接触する除去工具の接触面が熱容量の大きい冷却液中に浸漬された状態で除去加工を行うので、冷却効果が高い。これにより、被加工物の表面が微細に歪んだり、材料が膨張して変形することを防止できるので、被加工物の表面を細かな面粗度に加工できる。
また、冷却液中にて除去加工を行うので、加工時に発生する切屑が空気中に舞うことがなく、良好な作業環境を得ることができる。

（請求項２の発明）
本発明は、砥石の表面（砥石面と呼ぶ）を被加工物の表面に接触させて、両者の相対回転により被加工物の表面を研削する研削方法において、少なくとも被加工物の表面およびその表面に接触する砥石の砥石面が冷却液中に浸漬され、その冷却液中にて研削加工を行うことを特徴とする。

上記の方法では、少なくとも被加工物の表面およびその表面に接触する砥石の砥石面が熱容量の大きい冷却液中に浸漬された状態で研削加工を行うので、冷却効果が高い。これにより、被加工物の表面が微細に歪んだり、材料が膨張して変形することを防止できるので、被加工物の表面を細かな面粗度に加工できる。
また、冷却液中にて研削加工を行うので、研削時に発生する切屑が空気中に舞うことがなく、良好な作業環境を得ることができる。

（請求項３の発明）
請求項２に記載した研削方法において、砥石面に部分的な窪みが設けられていることを特徴とする。
この場合、砥石と被加工物との接触面積が小さくなるため、摩擦熱の発生が少なくなる。その結果、被加工物の表面が微細に歪んだり、材料が膨張して変形することを抑制できるので、被加工物の表面を細かな面粗度に加工できる。

（請求項４の発明）
請求項３に記載した研削方法において、砥石面に設けられた窪みは、砥石面の周縁部から径方向中心部に向かって軸方向内側へテーパ状に傾斜していることを特徴とする。
この場合、砥石面の周縁部が被加工物の表面に接触して、砥石面の周縁部より内側全体に窪みが形成されるため、研削時に発生する切屑を窪みに排出できる。その結果、砥石の目詰まりを防止でき、砥石周縁部の砥粒が均一に被加工物の表面に接触できるので、研削箇所を細かな面粗度に加工できる。

（請求項５の発明）
請求項４に記載した研削方法において、砥石面に設けられた窪みは、砥石面の周縁部から径方向中心部に向かって傾斜する角度が２〜５度の範囲に設定されていることを特徴とする。
窪みの傾斜角度が小さ過ぎると、砥石と被加工物との接触面積が差程小さくならないため、摩擦熱の発生を抑制できる効果が小さい。一方、窪みの傾斜角度が大き過ぎると、砥石と被加工物との接触面積は小さくなるが、砥石周縁部のエッジによって被加工物の表面に傷が付き易くなる。これに対し、窪みの傾斜角度を２〜５度の範囲に設定することにより、被加工物の表面に傷が付きにくく、且つ発熱量を低減できるので、被加工物の表面を細かな面粗度に加工できる。

（請求項６の発明）
請求項３〜５に記載した何れかの研削方法において、砥石は、被加工物の表面に砥石面を接触させた状態で回転運動が与えられ、この回転運動を行う際に、砥石面に設けられた窪みの一部が、被加工物の外周より径方向外側に覗いていることを特徴とする。
上記の構成によれば、研削時に発生した熱および切屑が、砥石面の窪みと被加工物の表面との間に閉じ込められることはなく、被加工物の外側に覗く窪みの一部から冷却液中に排出できる。その結果、被加工物の表面が微細に歪むことを防止できる。また、砥石面の砥粒が均一に被加工物の表面に接触できるので、研削箇所を細かな面粗度に加工できる。

（請求項７の発明）
請求項６に記載した研削方法において、砥石が回転運動を行う際に、被加工物の外周より径方向外側に覗く窪みの一部から、ノズルより噴出する冷却液の噴流を窪みの内部へ向かって供給することを特徴とする。
この場合、ノズルから窪みの内部へ噴流を供給することにより、窪みの内部に冷却液の強制的な流れを起こすことができるので、研削時に発生した熱および切屑を、被加工物の外側に覗く窪みの一部から冷却液中に排出できる。その結果、被加工物の表面が微細に歪むことを防止できると共に、砥石面の砥粒が均一に被加工物の表面に接触できるので、研削箇所を細かな面粗度に加工できる。

（請求項８の発明）
請求項７に記載した研削方法において、請求項４または５に記載した砥石を使用する際に、砥石面に設けられた窪みの傾斜に沿った角度あるいは窪みの傾斜より多少深い角度で、窪みの内部へ向かってノズルより噴流を供給することを特徴とする。
この場合、窪みの傾斜に沿って噴流を供給することにより、研削時に発生した熱および切屑を効果的に冷却液中に排出できる。

（請求項９の発明）
請求項７または８に記載した研削方法において、容器内の所定位置に被加工物を配置した後、容器内に冷却液を投入して、その冷却液中に被加工物を浸漬させる冷却液投入工程と、冷却液中にてノズルから砥石面の窪みへ向けて噴流を供給しながら、砥石と被加工物とを相対回転させて、被加工物の表面を研削する研削工程と、研削終了後、容器内の冷却液を排水する冷却液排水工程とを有することを特徴とする。
上記の研削方法では、冷却液中でノズルから砥石面の窪みへ噴流を供給するので、噴流の跳ね返りが無く、且つ切屑が空気中に舞うこともないため、良好な作業環境を得ることができる。

（請求項１０の発明）
請求項９に記載した研削方法において、研削工程は、被加工物の表面に砥石面を接触させて、砥石を高速回転させながら被加工物を低速回転させる第１研削工程と、この第１研削工程の後、被加工物を回転させながら、被加工物の半径方向に砥石を横移動させる第２研削工程とを有することを特徴とする。
第１研削工程では、被加工物の研削位置を周方向にずらしながら、砥石の高速回転によって被加工物の表面を研削するので、被加工物の表面に研削送りマークが発生する。
そこで、第１研削工程の後、第２研削工程を実施する。この第２研削工程では、被加工物の半径方向に砥石を横移動させることで、第１研削工程で発生した研削送りマークを除去できる。

（請求項１１の発明）
請求項１０に記載した研削方法において、容器は、底面の一部あるいは全面が開口する円筒形状であり、マグネットチャックに吸着されて、そのマグネットチャックが容器の底面を形成していることを特徴とする。
上記の構成によれば、研削時に発生した切屑がマグネットチャックに吸着されるので、冷却液中に浮遊する切屑を少なくできる。その結果、切屑による砥石の目詰まりを防止できる。

（請求項１２の発明）
請求項１１に記載した研削方法において、容器またはマグネットチャックの少なくとも一方に、冷却液を排水するための排水口が設けられていることを特徴とする。
これにより、加工終了後、容器から冷却液を容易に排水できる。また、冷却液を排水した後、マグネットチャックの磁力を切ることにより、マグネットチャックの表面に切屑が乗っているだけの状態になるため、マグネットチャックの表面から切屑を容易に除去できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１は本発明に係る研削方法の一実施例を示す斜視図であり、図２は平面図である。
実施例１に記載する研削方法は、被加工物（以下、ワーク１と呼ぶ）の表面１ａを砥石２の回転運動によって鏡面研削する方法であり、図１及び図２に示す様に、容器３の内部に貯留される冷却液中にて実施される。
ワーク１は、例えば、車両用の交流発電機（オルタネータ）に使用されるポールコアを冷鍛加工するための金型部品（ダイおよびパンチ）であり、ダイとパンチとの合わせ面（図３に示すワーク表面１ａ）が鏡面研削される。

砥石２は、円柱形状を有し、ワーク表面１ａに砥石面２ａを接触させ、図示しないモータにより毎分数千回転（例えば６０００ｒｐｍ）の回転運動が与えられることにより、ワーク表面１ａを鏡面研削する。この砥石２には、図４に示す様に、砥石面２ａの周縁部から径方向中心部に向かってテーパ状に凹む窪み４が形成されている。この窪み４は、砥石面２ａの周縁部から径方向中心部に向かって傾斜する角度（ワーク表面１ａに対する傾斜角度α）が２〜５度の範囲に設定されている。従って、この砥石２は、砥石面２ａの周縁部のみワーク表面１ａに接触し、周縁部より径方向内側の窪み４には、ワーク表面１ａとの間に隙間が形成される。

続いて、冷却液中で実施する研削方法の一例を説明する。
ａ）まず、ワーク台の所定位置にワーク１を配置する。
ワーク台は、例えば、磁力を発生するマグネットチャック５であり、このマグネットチャック５の平面上に配置されるワーク１を磁力により吸着して保持する。また、マグネットチャック５には、底面の開いた円筒形状の容器３が磁力によって吸着され、ワーク１の周囲を囲っている。このマグネットチャック５は、容器３を吸着することで、その容器３の底面を形成している。
ｂ）砥石２およびノズル６を所定の位置（ワーク１の近傍）に配置すると共に、容器３の内部に冷却液を投入する。冷却液は、少なくともワーク表面１ａが冷却液中に浸漬するまで供給される。なお、冷却液は、例えば、工業用水であり、その工業用水に潤滑剤を含ませることもできる。

ｃ）ワーク１の近傍に配置されるノズル６からワーク１に噴流を与えると共に、ワーク１の上方に位置する砥石２を回転させながら降下させて、ワーク表面１ａに砥石面２ａを接触させる。この時、砥石２は、図３に示す様に、砥石面２ａに設けられた窪み４の一部がワーク１の外周より径方向外側に覗いた状態で、砥石面２ａの周縁部がワーク表面１ａに接触している。
ノズル６は、図１に示す様に、ワーク表面１ａ（特に研削位置）に向けて噴流を供給するノズル６ａと、ワーク１の外側に覗く砥石面２ａの窪み４に向けて噴流を供給するノズル６ｂとが設けられている。

ｄ）ワーク１を低速回転（例えば１０ｒｐｍ）させながら、砥石２の高速回転によってワーク表面１ａを研削する（本発明の第１研削工程）。
ｅ）上記ｄ）の研削工程では、ワーク表面１ａに砥石２の研削跡である研削送りマーク（図５参照）が発生するため、この研削送りマークを除去するため、図６に示す様に、ワーク１の低速回転を維持しながら、ワーク１の半径方向（図示矢印方向）に砥石２を往復移動させる（本発明の第２研削工程）。
ｆ）マグネットチャック５の表面に凹設されている排水溝７（図１参照）を開いて、容器３の内部から冷却液を排水する。

（実施例１の効果）
実施例１に記載した研削方法では、ワーク全体が冷却液中に浸漬された状態で研削加工を行うので、ワーク１及び砥石２に対する冷却効果が高い。
また、ワーク表面１ａに接触する砥石面２ａに窪み４を設けたことにより、砥石面２ａの全面がワーク表面１ａに接触する場合と比較して、ワーク１と砥石２との接触面積が小さくなり、接触面抵抗が減少するため、ワーク表面１ａの研削焼けを防止できると共に、研削時の発熱量（摩擦熱）を少なくできる。上記の効果により、熱の影響でワーク表面１ａが微細に歪んだり、材料が膨張して変形することを防止できるため、ワーク表面１ａを細かな面粗度に加工できる。

更に、砥石面２ａに設けられた窪み４に向けてノズル６ｂから噴流を供給することにより、砥石面２ａを常時洗浄しながら加工できるので、ワーク表面１ａの面粗度向上に寄与する。また、研削時に発生した切屑が、砥石面２ａの窪み４とワーク表面１ａとの間に閉じ込められることはなく、ワーク１の外側に覗く窪み４の一部から冷却液中に排出される。特に、砥石面２ａの窪み４は、砥石面２ａの周縁部から径方向中心部に向かって軸方向内側へ傾斜するテーパ状であり、その窪み４の傾斜に沿った角度あるいは窪み４の傾斜より多少深い角度でノズル６ｂから噴流を供給するため、噴流の勢いが大きく低下することはなく、窪み４の内部から切屑を排出できる効果が大きい。その結果、切屑による砥石２の目詰まりを防止できる。

また、実施例１では、砥石面２ａにテーパ状の窪み４を設けているが、その窪み４の傾斜角度（ワーク表面１ａに対する傾斜角度）が小さ過ぎると、砥石２とワーク１との接触面積が差程小さくならないため、摩擦熱の発生を抑制できる効果が小さい。一方、窪み４の傾斜角度が大き過ぎると、砥石２とワーク１との接触面積は小さくなるが、砥石周縁部のエッジによってワーク表面１ａに傷が付き易くなる。そこで、窪み４の傾斜角度とワーク表面１ａの面粗さとの関係を測定し、その結果から最適な窪み４の傾斜角度を設定した。図７は、窪み４の傾斜角度とワーク表面１ａの面粗さとの関係を示す測定結果であり、窪み４の傾斜角度が２〜５度の範囲でワーク表面１ａの面粗さが良好となる結果が得られた。従って、窪み４の傾斜角度を２〜５度の範囲に設定することにより、ワーク表面１ａを細かな面粗度に加工できる。

上記の研削方法によれば、冷却液中にてノズル６から噴流を供給するので、噴流の跳ね返りが無く、且つ冷却液中での加工により、切屑が空気中に舞うこともないため、良好な作業環境を得ることができる。
また、研削時に発生した切屑は、容器３の底面を形成するマグネットチャック５に吸着されるため、冷却液中に浮遊する切屑を少なくできる。これにより、容器３内の冷却液を常にクリーン状態に保つことができるので、切屑が砥石２の隙間に入り込むことがなく、砥石２の目詰まりを防止できる。

更に、加工終了後は、マグネットチャック５に設けられた排水溝７を開くことで、容器３から容易に冷却液を排水でき、その後、マグネットチャック５の磁力を切ることにより、マグネットチャック５の表面に切屑が乗っているだけの状態になるため、マグネットチャック５の表面から切屑を容易に除去できる。

（変形例）
実施例１では、砥石２の回転運動によってワーク表面１ａを研削する方法を記載したが、カッタ等の切削工具を用いてワーク表面１ａを切削する除去方法を冷却液中にて行うこともできる。
また、実施例１では、底面の開いた円筒形状の容器３を用いているが、底面を有する容器３を用いることもできる。この場合、マグネットチャック５に排水溝７を設ける代わりに、容器３に排水口を設けても良い。

本発明に係る研削方法の実施例を示す斜視図である。 本発明に係る研削方法の実施例を示す平面図である。 研削工程に係るワークと砥石の側面図である。 砥石の断面図である。 ワーク表面に発生する研削送りマークを示す斜視図である。 ワーク表面に対する砥石の横移動を示す斜視図である。 窪みの傾斜角度とワーク表面の面粗さとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１ ワーク（被加工物）
２ 砥石
２ａ 砥石面
３ 容器
４ 窪み
５ マグネットチャック
６ ノズル
７ 排水溝（排水口）

Claims (12)

1. 研削工具あるいは切削工具等の除去工具を用いて被加工物の表面に研削あるいは切削等の除去加工を行う除去加工方法において、
   少なくとも前記被加工物の表面およびその表面に接触する前記除去工具の接触面が冷却液中に浸漬され、その冷却液中にて前記除去加工を行うことを特徴とする除去加工方法。
2. 砥石の表面（砥石面と呼ぶ）を被加工物の表面に接触させて、両者の相対回転により前記被加工物の表面を研削する研削方法において、
   少なくとも前記被加工物の表面およびその表面に接触する前記砥石の砥石面が冷却液中に浸漬され、その冷却液中にて研削加工を行うことを特徴とする研削方法。
3. 請求項２に記載した研削方法において、
   前記砥石面に部分的な窪みが設けられていることを特徴とする研削方法。
4. 請求項３に記載した研削方法において、
   前記砥石面に設けられた窪みは、前記砥石面の周縁部から径方向中心部に向かって軸方向内側へテーパ状に傾斜していることを特徴とする研削方法。
5. 請求項４に記載した研削方法において、
   前記砥石面に設けられた窪みは、前記砥石面の周縁部から径方向中心部に向かって傾斜する角度が２〜５度の範囲に設定されていることを特徴とする研削方法。
6. 請求項３〜５に記載した何れかの研削方法において、
   前記砥石は、前記被加工物の表面に前記砥石面を接触させた状態で回転運動が与えられ、この回転運動を行う際に、前記砥石面に設けられた窪みの一部が、前記被加工物の外周より径方向外側に覗いていることを特徴とする研削方法。
7. 請求項６に記載した研削方法において、
   前記砥石が回転運動を行う際に、前記被加工物の外周より径方向外側に覗く前記窪みの一部から、ノズルより噴出する冷却液の噴流を前記窪みの内部へ向かって供給することを特徴とする研削方法。
8. 請求項７に記載した研削方法において、
   請求項４または５に記載した前記砥石を使用する際に、前記砥石面に設けられた窪みの傾斜に沿った角度あるいは前記窪みの傾斜より多少深い角度で、前記窪みの内部へ向かって前記ノズルより噴流を供給することを特徴とする研削方法。
9. 請求項７または８に記載した研削方法において、
   容器内の所定位置に前記被加工物を配置した後、前記容器内に冷却液を投入して、その冷却液中に前記被加工物を浸漬させる冷却液投入工程と、
   前記冷却液中にて前記ノズルから前記砥石面の窪みへ向けて噴流を供給しながら、前記砥石と前記被加工物とを相対回転させて、前記被加工物の表面を研削する研削工程と、
   研削終了後、前記容器内の冷却液を排水する冷却液排水工程とを有することを特徴とする研削方法。
10. 請求項９に記載した研削方法において、
    前記研削工程は、
    前記被加工物の表面に前記砥石面を接触させて、前記砥石を高速回転させながら、前記被加工物を低速回転させる第１研削工程と、
    この第１研削工程の後、前記被加工物を回転させながら前記被加工物の半径方向に前記砥石を横移動させる第２研削工程とを有することを特徴とする研削方法。
11. 請求項１０に記載した研削方法において、
    前記容器は、底面の一部あるいは全面が開口する円筒形状であり、マグネットチャックの平面上に配置され、前記マグネットチャックに吸着されて、そのマグネットチャックが前記容器の底面を形成していることを特徴とする研削方法。
12. 請求項１１に記載した研削方法において、
    前記容器または前記マグネットチャックの少なくとも一方に、冷却液を排水するための排水口が設けられていることを特徴とする研削方法。
    

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