JP2010036301A - 超砥粒チップ及び超砥粒工具 - Google Patents

Abstract

【課題】超砥粒の表層部の欠け、及び表層部から進行する欠けを抑制する超砥粒チップ及び超砥粒工具を提供する。
【解決手段】超砥粒チップ７は、超砥粒と、硬化されたＰＥＴ樹脂からなり超砥粒を保持する結合材と、を含み形成された超砥粒チップである。この超砥粒チップ７では、ワークの加工に関わる作用面２１に交差する円柱側面２５の表層部に、非結晶状態の熱可塑性樹脂からなる非結晶部７ｂが存在している。
【選択図】図３

Description

本発明は、超砥粒と、熱可塑性樹脂からなる結合材と、を含み形成された超砥粒チップ、及びこれを用いた超砥粒工具に関するものである。

従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載のホイールが知られている。このホイールは、超砥粒の結合材として、熱可塑性樹脂であるＰＥＴ(polyethyleneterephthalate)樹脂が用いられている。また、砥粒層の成型時においては、冷却され硬化するときに、結合材のＰＥＴ樹脂が結晶化されるので、結晶化による砥粒層の割れを抑制すべく、ホイールを分割して作製することが示されている。
村上努、船山訓宏，「ペットボトルを結合材に使用したホイールでスローアウェイチップの研削加工」，ツールエンジニア，株式会社大河出版，２００３年７月号，ｐ６６−７０．

しかしながら、このホイールでは、結合材のＰＥＴ樹脂が結晶化されていることから、結合材が比較的脆く、ワークの加工の際に、ワークに接触する超砥粒チップの表層部が欠けるおそれがある。超砥粒チップの表層部に欠けが発生した場合、この表層部の欠けからチップの欠けが進行するといった問題が発生しやすいので、特に、超砥粒チップの表層部の欠けを抑制することは重要である。

そこで、本発明は、超砥粒チップの表層部の欠け、及び表層部から進行する欠けを抑制する超砥粒チップ及び超砥粒工具を提供することを目的とする。

本発明の超砥粒チップは、超砥粒と、熱可塑性樹脂からなり超砥粒を保持する結合材と、を含み形成された超砥粒チップであって、表層部の少なくとも一部には、結合材が非結晶状態の熱可塑性樹脂からなる非結晶部が存在することを特徴とする。

この超砥粒チップの表層部には、非結晶部が存在している。非結晶状態の熱可塑性樹脂は、結晶状態の熱可塑性樹脂に比べて割れにくいので、非結晶部においては結合材が比較的割れにくい。このように結合材が比較的割れにく非結晶部が、超砥粒チップの表層部に存在しているので、加工中に超砥粒チップの表層部がワークに接触した場合に、表層部の欠けが発生しにくく、表層部から進行する欠けが発生しにくい。

また、この場合、表層部のうちワークの加工に関わる作用面に交差する外周面の表層部は、非結晶部であることが好ましい。このような超砥粒チップでは、作用面と外周面とが交差するエッジ部が最初にワークに当たるので、このエッジ部が最も加工中にダメージを受けやすい。この超砥粒チップの構成によれば、外周面の表層部が非結晶部であるので、ダメージを受けやすいエッジ部に非結晶部が存在することになる。従って、この超砥粒チップでは、エッジ部の欠けが発生しにくく、エッジ部から進行する欠けが発生しにくい。

また、表層部のうちワークの加工に関わる作用面の表層部には、結合材が結晶状態の熱可塑性樹脂からなる結晶部が露出して存在していることとしてもよい。結合材が結晶状態の熱可塑性樹脂からなる結晶部は、非結晶部に比べて結合材の対摩耗性が高く、砥粒の保持力も高いので、ワークの加工に適している。このような結晶部が作用面に露出しているので、この超砥粒チップによれば、作用面における対摩耗性も高く、砥粒の保持力も高く、その結果、ワークの適切な加工が行われる。

この場合、結晶部は、作用面の中央に露出しており、作用面の結晶部を囲む周縁部には、非結晶部が露出していることとしてもよい。この場合、作用面の周縁部にあるエッジ部が非結晶部であるので、エッジ部の欠け及びエッジ部からの欠けを抑制することができる。

また、熱可塑性樹脂は、ＰＥＴ樹脂であることとしてもよい。ＰＥＴ樹脂は、冷却速度のコントロールによる結晶化度のコントロールが比較的容易であるので、非結晶部の形成を比較的容易に行うことができる。

またＰＥＴ樹脂は、再生ＰＥＴ樹脂であることとしてもよい。この場合、再生ＰＥＴ樹脂の有効活用により、環境負荷が小さい超砥粒チップを作製することができる。

また、本発明の超砥粒工具は、台金と、台金上に設けられた上記の何れかに記載の超砥粒チップと、を備えたことを特徴とする。この超砥粒工具では、上記何れかの超砥粒チップが用いられるので、加工中に超砥粒チップがワークに接触した場合に、超砥粒チップの表層部の欠けが発生しにくく、表層部から進行する欠けが発生しにくい。

本発明の超砥粒チップ及び超砥粒工具によれば、超砥粒チップの表層部の欠け及び表層部から進行する欠けを抑制することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る超砥粒チップ及び超砥粒工具の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１に示す平行平面ホーニング盤１は、ホーニング盤に取り付けられ、ワークの平面研削加工に用いられる超砥粒研削工具である。平行平面ホーニング盤１は、円板形状の金属からなる台金３を備えている。そして、台金３の円環形状の上面には、砥粒層を構成する円板状の多数の超砥粒チップ７が、所定の間隙をもって規則的に配列され接着されている。超砥粒チップ７同士の間に所定の間隙が設けられていることから、ワークの研削時には、各超砥粒チップ７の上端エッジ３１がワークに接触することになり、良好な切れ味が得られる。なお、超砥粒チップ７の形状は、円形に限られず、正六角形など様々な形状のものが考えられる。

図２に示すように、上記超砥粒チップ７は、ダイヤモンド砥粒１１と、このダイヤモンド砥粒１１を固めて保持するように硬化された結合材１３とを有し、円板形状に成型されている。超砥粒チップ７の結合材１３の材料としては、熱可塑性樹脂であるＰＥＴ(polyethylene terephthalate)樹脂が用いられている。特に、ここでは、結合材１３の材料として、使用済みの飲料用ＰＥＴボトル由来の再生ＰＥＴ樹脂が採用されている。このような再生ＰＥＴ樹脂を採用することで、再生ＰＥＴ樹脂を有効活用し、超砥粒チップ７に係る環境負荷の低減が図られる。

続いて、図３は、超砥粒チップ７の一部破断斜視図であり、研削加工時においてワークに対面接触しワークを研削する作用面２１を上に向け、台金３に接着される底面２３を下に向けた状態で示したものである。なお、図３及び後述の図４においては、寸法の関係上、微粒子であるダイヤモンド砥粒１１の図示が省略されている。図３に示すように、超砥粒チップ７は、結合材１３のＰＥＴ樹脂が結晶状態にある結晶部７ａと、結合材１３のＰＥＴ樹脂が非結晶状態にある非結晶部７ｂと、を有している。結晶部７ａ及び非結晶部７ｂにおいては、ダイヤモンド砥粒１１が均等に分散されており、ダイヤモンド砥粒１１は、それぞれ、結晶状態又は非結晶状態で硬化したＰＥＴ樹脂からなる結合材１３によって保持されている。

超砥粒チップ７の成型の際に、結合材１３の冷却硬化過程において、比較的速い冷却速度で冷却された部分が非結晶部７ｂとなり、比較的遅い冷却速度で冷却された部分が結晶部７ａとなる。熱可塑性樹脂の性質上、非結晶部７ｂは、結晶部７ａに比べて結合材１３の弾性率が小さく、靱性が高く、割れや欠けが発生しにくい。また、結晶部７ａは、非結晶部７ｂに比べて結合材１３の硬度が高く、対摩耗性に優れ、砥粒の保持力も高い。

上記の結晶部７ａは超砥粒チップ７の中央部に位置している。また、超砥粒チップ７の円柱側面（作用面に交差する外周面）２５に沿う表層部は、結晶部７ａの周囲を囲む非結晶部７ｂである。超砥粒チップ７の作用面２１においては、円形の結晶部７ａが作用面２１の中央部に露出しており、非結晶部７ｂは、結晶部７ａの周囲を囲むように作用面２１の周縁部に露出している。なお、非結晶部７ｂは、超砥粒チップ７の底面２３に沿う表層部にも連なっている。

図４に示すように、平行平面ホーニング盤１でワークＷの研削を行う場合、各超砥粒チップ７においては、作用面２１と円柱側面２５とが交差してなるエッジ３１に、最初にワークＷが当たることになる。従って、各超砥粒チップ７において、ワークＷとの接触によるダメージはエッジ３１が最も大きく、このエッジ３１の欠けの発生、及びエッジ３１の欠けから進行する超砥粒チップ７の欠けが最も懸念される。

ところが、この平行平面ホーニング盤１の超砥粒チップ７では、円柱側面２５に沿う表層部が非結晶部７ｂであり、かつ、この非結晶部７ｂは作用面２１の周縁部に露出していることから、エッジ３１も非結晶部７ｂである。そして、前述のように非結晶部７ｂは、結晶部７ａに比べて結合材１３の弾性率が低く強靱であるので、欠けが発生しにくい。従って、平行平面ホーニング盤１では、ワークＷの研削加工中におけるエッジ３１の欠けを抑制することができ、エッジ３１の欠けから進行する超砥粒チップ７の欠けを抑制することができる。

更に、図３に示されるように、超砥粒チップ７の作用面２１の中央には、結晶部７ａが露出している。前述の通り、結晶部７ａは、非結晶部７ｂに比べて結合材１３の対摩耗性が高く、砥粒の保持力も高いので、ワークＷの加工に適している。このような結晶部７ａが作用面２１中央に露出しているので、この超砥粒チップ７及び平行平面ホーニング盤１によれば、作用面２１における対摩耗性も高く、砥粒の保持力も高く、その結果、ワークＷの適切な加工が行われる。

続いて、超砥粒チップ７及び平行平面ホーニング盤１の製造方法について、図５を参照しながら説明する。なお、図５（ａ）〜（ｃ）においては、寸法の関係上、微粒子であるダイヤモンド砥粒の図示が省略されている。

まず、再生ＰＥＴ樹脂パウダーを溶融させたＰＥＴ樹脂とダイヤモンド砥粒とを混入して、素早く金型に充填し、所定の時間後に成型体を金型から取り出す。このとき、金型の温度は、溶融したＰＥＴ樹脂の温度よりも十分に低い温度（例えば、３０〜４０℃程度）に調整されているので、金型内の成型体は、素早く冷却される。特に、図５（ａ）に示すように、成型された超砥粒チップ１０７の表層部は比較的速い冷却速度で冷却されＰＥＴ樹脂は結晶化されにくいので、表層部は非結晶部１０７ｂとなる。

その一方、超砥粒チップ１０７の深層部は、比較的遅い冷却速度で冷却されＰＥＴ樹脂は結晶化するので、深層部は結晶部１０７ａとなる。このような成型−冷却工程により、表層部に非結晶部１０７ｂを有し、深層部に結晶部１０７ａを有する超砥粒チップ１０７が作製される。なお、この結晶部１０７ａ及び非結晶部１０７ｂにおいては、ダイヤモンド砥粒が均等に分散されており、それぞれ、結晶状態又は非結晶状態で硬化したＰＥＴ樹脂からなる結合材によってダイヤモンド砥粒が保持されている。

続いて、図５（ｂ）に示すように、台金３上に、多数の超砥粒チップ１０７を所定の配列で接着する。その後、図５（ｃ）に示すように、仕上げ工程により各超砥粒チップ１０７の上部が削り落とされることで、作用面２１が形成され、作用面２１に露出する非結晶部７ｂ及び結晶部７ａが形成されて、超砥粒チップ７が完成する。

なお、この超砥粒チップ７では、結合材１３としてＰＥＴ樹脂が採用されている。ＰＥＴ樹脂は、冷却速度のコントロールによる結晶化度のコントロールが比較的容易であるので、非結晶部７ｂ及び結晶部７ａの形成を比較的容易に行うことができる。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。例えば、本発明の超砥粒チップに含まれる超砥粒は、ダイヤモンド砥粒に限られず、ＣＢＮ砥粒であってもよい。

本発明の超砥粒工具の一実施形態を示す斜視図である。 本発明の超砥粒チップの一実施形態における内部構造を示す断面図である。 図２の超砥粒チップを示す一部破断斜視図である。 図１の超砥粒工具によるワークの研削加工を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の超砥粒チップ及び超砥粒工具の製造工程を順次示す断面図である。

符号の説明

１…平行平面ホーニング盤（超砥粒工具）、３…台金、７…超砥粒チップ、７ａ…結晶部、７ｂ…非結晶部、１１…ダイヤモンド砥粒（超砥粒）、１３…結合材、２１…作用面、２５…円柱側面（外周面）。

Claims (7)

1. 超砥粒と、熱可塑性樹脂からなり前記超砥粒を保持する結合材と、を含み形成された超砥粒チップであって、
   表層部の少なくとも一部には、前記結合材が非結晶状態の前記熱可塑性樹脂からなる非結晶部が存在することを特徴とする超砥粒チップ。
2. 前記表層部のうちワークの加工に関わる作用面に交差する外周面の表層部は、前記非結晶部であることを特徴とする請求項１に記載の超砥粒チップ。
3. 前記表層部のうちワークの加工に関わる作用面の表層部には、前記結合材が結晶状態の前記熱可塑性樹脂からなる結晶部が露出して存在していることを特徴とする請求項１又は２に記載の超砥粒チップ。
4. 前記結晶部は、前記作用面の中央に露出しており、
   前記作用面の前記結晶部を囲む周縁部には、前記非結晶部が露出していることを特徴とする請求項３に記載の超砥粒チップ。
5. 前記熱可塑性樹脂は、ＰＥＴ樹脂であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の超砥粒チップ。
6. 前記ＰＥＴ樹脂は、再生ＰＥＴ樹脂であることを特徴とする請求項５記載の超砥粒チップ。
7. 台金と、
   前記台金上に設けられた請求項１〜６の何れか１項に記載の超砥粒チップと、を備えたことを特徴とする超砥粒工具。
   
   

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