JP2007075979A - 研磨砥石 - Google Patents

Abstract

【課題】 ならし時間の短縮化を可能とし、砥粒層を最後まで使いきることが可能で、寿命の長い研磨砥石を提供する。
【解決手段】 台金２の外周側に砥粒層３が設けられ、この砥粒層３の表面に溝５が設けられている。この溝５に応じて、固体潤滑剤を含有した粉末焼結による銅合金の層２ａにも溝６が設けられ、砥粒層３の厚みは、砥粒層３の全域に亘って略同一となっている。砥粒層３の表面に設けられた溝５によって、ならし時間を短縮できるばかりでなく、銅合金の層２ａにも、溝５の形状に合わせて溝６を設けることにより、砥粒層３の厚みは砥粒層３の全域に亘って略同一となるため、溝付けによる使用代の減少がなく、寿命が向上する。さらに、砥粒層３と台金２との間に銅合金の層２ａを設けることにより、砥粒層３を使い切っても、球状の被削材への傷の発生や、真円精度を悪化させることを防止することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、鋼球やセラミック球などの、球状の被削材の球面を研磨するために主に用いられる研磨砥石に関する。

鋼球やセラミック球などの、球状の被削材の球面を研磨するために用いられている研磨砥石の外観を図９に示す。
図９（ａ）において、研磨砥石５１は、鉄等によって形成された円板状の台金５２の片側の面に砥粒層５３が形成されてなるものであり、その反対側の面には、回転軸取付用のインロー５４が設けられている。

この研磨砥石５１の研磨面の詳細を図９（ｂ）、（ｃ）に示す。図９（ｂ）は、砥粒層を平坦に形成したものであり、台金５２の外周側に、平坦な研磨面を有する砥粒層５３が形成されている。このタイプの研磨砥石では、図９（ｄ）に示すようにして被削材が研磨されるが、被削材である球体と砥粒層５３とが接触することによる溝が砥粒層５３の表面に形成されるまでに、ある程度のならし時間がかかるという欠点がある。

また、図９（ｃ）は、砥粒層を溝状に形成したものであり、台金５２の外周側に、溝５５を設けた研磨面を有する砥粒層５３が形成されている。このタイプの研磨砥石では、図９（ｅ）に示すようにして被削材が研磨されるが、予め溝５５が形成されているために、ならし時間は少なくてすむが、溝５５を形成したことによって、溝５５が形成された位置での砥粒層５３の厚みが薄くなり、研磨砥石の寿命が低減する。
砥粒層の形状を考慮して、砥粒層の厚みが薄くならないようにした研磨装置が、特許文献１に記載されている。

特開平３−１３６７６４号公報

しかし、特許文献１に記載の砥粒層を形成すると、確かに砥粒層の厚みが薄くなることは防止できるが、砥粒層を使いきる際に、露出した鉄台金に球状の被削材が接触して被削材に傷をつけ、真円精度の悪化を招きやすい。これは、鉄台金上で被削材である球体の繰り返し圧縮応力が加わり、溝表面近くが疲労破壊を起こして剥離することにより、溝形状が崩れるためである。そのため、結局は砥粒層を使いきる前に廃却しなければならず、有効に砥粒層を最後まで使用することができなかった。
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、砥粒層を完全に使いきっても、球状の被削材への傷の発生や、真円精度の悪化を防止することが可能であり、寿命の優れた研磨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、本発明の研磨砥石は、円板状の台金の外周側に砥粒層が形成された研磨砥石において、砥粒層の下方側に固体潤滑剤を含有し粉末焼結した銅合金の層が形成され、前記砥粒層の表面に第１の溝が設けられ、前記第１の溝に応じて固体潤滑剤を含有した粉末焼結による銅合金の層に第２の溝が設けられ、第２の溝にも砥粒層が設けられ、第１の溝の曲率半径をＲ１、砥粒層の表面と第１の溝の最下部との高さの差をＨ１とし、前記銅合金の層に設けられた第２の溝の曲率半径をＲ２、砥粒層と銅合金の層との直線状の境界と、第２の溝の最下部との高さの差をＨ２としたときに、Ｈ１はＲ１の１／４倍以上３／４倍以下であり、Ｈ２はＲ２の１／４倍以上３／４倍以下であることを特徴とする。

砥粒層の表面に設けられた第１の溝によって、ならし時間を短縮できるばかりでなく、
固体潤滑剤を含有した粉末焼結による銅合金の層にも砥粒層の表面に設けられた第１の溝の形状に合わせて、第２の溝を設けることにより、砥粒層の厚みは砥粒層の全域に亘って略同一となるため、溝付けによる使用代の減少がなく、寿命が向上する。また、固体潤滑剤を含有した粉末焼結による銅合金の層が形成されていることにより、砥粒層を使いきった場合でも球状被削材の傷の発生や、真円精度の悪化を防止することができる。

Ｈ１がＲ１の１／４倍未満であると、溝の深さが浅すぎるため、加工後の被削材の真球度、面粗度が低下する。一方、Ｈ１がＲ１の３／４倍を超えると、被削材を挟んで対向して使用される回転砥石と固定砥石とが干渉しやすくなるため、好ましくない。また、Ｈ１を上記の範囲としたときに、砥粒層の厚みを砥粒層の全域に亘って略同一とするためには、Ｈ２はＲ２の１／４倍以上３／４倍以下とすることが好ましい。Ｈ２がＲ２の１／４倍未満であると、砥粒層の厚みが薄くなって寿命が低下する。一方、Ｈ２がＲ２の３／４倍を超えると、加工に使用しない余分な使用代ができるため好ましくない。

本発明においては、銅合金の層は、Ｃｕ-Ｓｎ-Ａｇを主成分として粉末焼結した銅合金に平均粒径が５μｍ以下の二硫化モリブデン粉末を、２．５体積％以上１０．０体積％以下の割合で均一分散した組成としたものであることを特徴とする。
二硫化モリブデン粉末は、極圧添加剤としての作用があり、粉末焼結した銅合金に均一分散させることにより、球状の被削材との摩擦抵抗を減少させる。また粉末焼結法によって成形することで、金属粉末の粒子間に二硫化モリブデン粉末が存在しており、粒子間結合力を低下させる作用を持たせている。これにより被削材である球体の繰り返し圧縮応力を受けても、摩耗が進行するために疲労破壊を起こさない。
二硫化モリブデン粉末の含有量が２．５％未満の場合は、潤滑作用及び摩耗促進作用が低下し、球状の被削材の傷の発生や、真円精度を悪化させるため好ましくない。一方、１０．０体積％を超えると、砥粒層や台金との接合力が低下し、剥離する場合があるので好ましくない。

本発明においては、前記第２の溝の曲率半径Ｒ２を、前記第１の溝の曲率半径Ｒ１の１．０５倍以上としたことを特徴とする。
Ｒ２をＲ１の１．０５倍未満とすると、砥粒層が摩耗してその厚みが減少したときに、Ｒ２が小さいために、研磨に使用されずに残る部分が生じ、寿命が低下する。そのため、前記第２の溝の曲率半径Ｒ２を、前記第１の溝の曲率半径Ｒ１の１．０５倍以上とすることが好ましい。

本発明によると、ならし時間の短縮化を可能とし、砥粒層を最後まで使いきることが可能な、寿命の長い研磨砥石を実現することができる。

以下に、本発明の研磨砥石をその実施の形態に基づいて説明する。
本発明の実施の形態に係る研磨砥石の基本構造は、図１に示すように、鉄等によって形成された円板状の台金２の片側の面に砥粒層３が形成されてなるものであり、その反対側の面には、回転軸取付用のインロー４が設けられている。
この研磨砥石の砥粒層３の形成の詳細を、図２に基づいて説明する。

図２は、研磨砥石１のＡ−Ａ断面図であり、台金２の外周側に砥粒層３を設け、この砥粒層３の表面に溝５が設けられている。この溝５に応じて、固体潤滑剤を含有した粉末焼結による銅合金の層（以下、「銅合金層」という）２ａにも溝６が設けられ、砥粒層３の厚みは、砥粒層３の全域に亘って略同一となっている。

図３に、溝の形状の詳細を示す。
図３（ａ）において、砥粒層３に設けられた溝５の曲率半径をＲ１、砥粒層３の表面と溝５の最下部との高さの差をＨ１とする。また、銅合金層２ａに設けられた溝６の曲率半径をＲ２、砥粒層３と銅合金層２ａとの直線状の境界と、溝６の最下部との高さの差をＨ２とする。

図３（ｂ）、（ｃ）に、Ｈ１とＲ１との大小関係を変えたときの研磨状況を示す。
図３（ｂ）は、Ｈ１をＲ１の１／４倍未満としたときであり、被削材と接触する砥粒層３の弧が小さく、砥粒層３に形成される溝５が浅いために、被削材の真円度、面粗度が低下する。図３（ｃ）は、Ｈ１がＲ１の３／４倍を超えるようにしたときであり、球状の被削材を挟んで対向して使用される回転砥石と固定砥石の砥粒層３が接近して、回転砥石と固定砥石とが干渉しやすくなる。

図３（ｄ）、（ｅ）に、Ｈ２とＲ２との大小関係を変えたときの研磨状況を示す。
図３（ｄ）は、Ｈ２をＲ２の１／４倍未満としたときであり、砥粒層３の厚みが薄くなって寿命が低下する。図３（ｅ）は、Ｈ２がＲ２の３／４倍を超えるようにしたときであり、加工に使用しない余分な使用代７が形成されてしまう。
以上のことから、加工能率と加工精度の向上のためには、Ｈ１はＲ１の１／４倍以上３／４倍以下であり、Ｈ２はＲ２の１／４倍以上３／４倍以下であることが好ましい。

研磨される球体の取代は、およそＲ１の１．０５倍以内であり、Ｒ２はＲ１の１．０５倍より大きく設定するのがよい。Ｒ２がＲ１の１．０５倍未満であると、砥粒層３が摩耗して減少したときに、銅合金層２ａが露出したり、砥粒層３の溝Ｒ１と銅合金層の溝Ｒ２のわずかなピッチずれにより銅合金層２ａが露出したりするため好ましくない。銅合金層２ａは球状の被削材の傷、真円精度悪化を防止するものであるが、砥粒層３が残っているにもかかわらず銅合金層２ａが露出してくるのは好ましくない。

この銅合金層２ａの露出について、図３（ｆ）、（ｇ）に基づいて説明する。
図３（ｆ）は、Ｒ２をＲ１の１．０５倍以上としたときを示しており、この場合には、Ｒ２が大きいために、砥粒層３の摩耗が進んで破線で示すように砥粒層３の厚みが減少しても、砥粒層を使いきるまで有効に使用することができる。
これに対し、図３（ｇ）は、Ｒ２をＲ１の１．０５倍未満としたときを示しており、Ｒ２が小さいために、砥粒層３が摩耗してその厚みが減少したときに、斜線で示す領域８は、まだ使用代があるにも拘わらず、銅合金層２ａが一部露出してしまう。

以下に、具体的な作製例と試験例を示す。
試験条件を表１、表２に示す。

被削材と加工条件

試験砥石

試験結果を図４から図６に示す。図４から図６においてはいずれも、砥粒層３の表面と溝５の最下部との高さの差Ｈ１を変化させるとともに、これに応じて、砥粒層３と銅合金層２ａとの直線状の境界と、溝６の最下部との高さの差Ｈ２を同様に変化させている。

図４は、砥粒層３の表面と溝５の最下部との高さの差を変化させたときのならし時間を示しており、高さの差がＲ１の１／４倍未満のときはならし時間を長くとることが必要であるが、高さの差がＲ１の１／４倍以上のときは、ならし時間を短縮することができる。

図５に、砥粒層３の表面と溝５の最下部との高さの差を変化させたときの、被削材の真球度を示し、図６に、被削材の面粗度を示す。いずれも、高さの差がＲ１の１／４倍以上のときに良好な値を示している。なお、真球度と面租度はいずれも、数値が低いほど精度が良いことを示す。

図４から図６に示す試験結果においては、砥粒層３の表面と溝５の最下部との高さの差がＲ１の１／４倍以上であれば良好な結果を示しているが、この高さの差がＲ１の３／４倍を超えると、被削材を挟んで対向して使用される回転砥石と固定砥石とが干渉しやすくなるため、好ましくない。従って、砥粒層３の表面と溝５の最下部との高さの差Ｈ１は、Ｒ１の１／４倍以上３／４倍以下とするのがよく、これに応じて、砥粒層３の厚みを確保するために、砥粒層３と銅合金層２ａとの直線状の境界と、溝６の最下部との高さの差Ｈ２を、Ｒ２の１／４倍以上３／４倍以下とするのがよい。

図７に、銅合金層２ａを完全に露出させた状態で、銅合金層２ａへの二硫化モリブデンの含有量を０〜２０体積％まで変化させ試験を行った時の、鉄台金との接合強度の変化を示す。鉄台金との接合強度は二硫化モリブデン含有量が０％のときを１００％としている。二硫化モリブデンの添加量が１０％以上のときに、鉄台金との接合強度が急激に低下しはじめ、添加量が２０％のときには３０％までに低下した。これは二硫化モリブデンの過剰添加による弊害であることを示している。
また、被削材の表面状態を確認すると、添加量が２．５％以下のときに被削材に傷が見られた。このとき銅合金層の溝Ｈ２には、図８に示すバリが見られた。これは二硫化モリブデンの添加量が少なく摩耗しにくいために、被削材の繰り返し圧縮応力を受けて溝が塑性変形するからであり、被削材の傷は、この塑性変形によってできたバリが欠落して被削材に傷をつけたものと思われる。
従って、銅合金層の二硫化モリブデン含有量は２．５％〜１０％であることが好ましい。

本発明は、ならし時間の短縮化を可能とし、砥粒層を最後まで使いきることが可能な、寿命の長い研磨砥石として利用することができる。

研磨砥石の基本構造を示す図である。 研磨砥石の断面図である。 溝の形状の詳細を示す図である。 砥粒層の表面と溝の最下部との高さの差を変化させたときの、ならし時間を示す図である。 砥粒層の表面と溝の最下部との高さの差を変化させたときの、被削材の真球度を示す図である。 砥粒層の表面と溝の最下部との高さの差を変化させたときの被削材の面租度を示す図である。 銅合金層を完全に露出させた状態で、銅合金層への二硫化モリブデンの含有量を０〜２０体積％まで変化させ試験を行った時の、鉄台金との接合強度の変化を示す図である。 銅合金層におけるバリの発生を示す図である。 従来の研磨砥石を示す図である。

符号の説明

１ 研磨砥石
２ 台金
２ａ 銅合金層
３ 砥粒層
４ インロー
５ 溝
６ 溝
７ 余分な使用代
８ 領域

Claims (3)

1. 円板状の台金の外周側に砥粒層が形成された研磨砥石において、砥粒層の下方側に固体潤滑剤を含有した粉末焼結による銅合金の層が形成され、前記砥粒層の表面に第１の溝が設けられ、前記第１の溝に応じて固体潤滑剤を含有した粉末焼結による銅合金の層に第２の溝が設けられ、第２の溝にも砥粒層が設けられ、第１の溝の曲率半径をＲ１、砥粒層の表面と第１の溝の最下部との高さの差をＨ１とし、前記銅合金の層に設けられた第２の溝の曲率半径をＲ２、砥粒層と銅合金の層との直線状の境界と、第２の溝の最下部との高さの差をＨ２としたときに、Ｈ１はＲ１の１／４倍以上３／４倍以下であり、Ｈ２はＲ２の１／４倍以上３／４倍以下であることを特徴とする研磨砥石。
2. 固体潤滑剤を含有した粉末焼結による銅合金の層は、Ｃｕ-Ｓｎ-Ａｇを主成分として粉末焼結した銅合金に、平均粒径が５μｍ以下の二硫化モリブデン粉末を、２．５体積％以上１０．０体積％以下の割合で均一分散したものであることを特徴とする請求項１記載の研磨砥石。
3. 前記第２の溝の曲率半径Ｒ２を、前記第１の溝の曲率半径Ｒ１の１．０５倍以上としたことを特徴とする請求項１または２記載の研磨砥石。

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