JP2010115771A - 超砥粒工具およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切れ味が良好で、高精度で高能率なドレッシングが長期間にわたって可能な、ダイヤモンドロータリドレッサを提供する。
【解決手段】超砥粒層には互いに交差する溝を網目状に設け、超砥粒層の作用面と溝のなすエッジ部に超砥粒を配置し、溝の内部の超砥粒は溝表面から突出しないように配置する。溝底のコーナー部には丸みを付与することが好ましく、溝幅は超砥粒の平均粒径の２倍から５０倍、溝深さは、超砥粒の平均粒径の０．１倍から５倍に設定することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、切れ味が良好で、工作物に焼けの発生が少ない、超砥粒工具に関するものである。特に、切れ味が良好で、高精度なドレッシングが長期間に渡って可能な、ダイヤモンドロータリドレッサに関するものである。

従来のダイヤモンドロータリドレッサの一例としては、ダイヤモンド砥粒が結合材により台金に一層だけ固着され、ダイヤモンド層の表面形状は円筒状に形成されたタイプが知られている。
このタイプのダイヤモンドロータリドレッサは、砥石の表面をトラバースさせてドレッシングするのに用いられるのが一般的である。実際のドレッシングにおいては、ダイヤモンドロータリドレッサと砥石の接触面積が少なくドレッシング抵抗は低く、またドレッシング条件を広範囲に変化させることができるので、ダイヤモンドロータリドレッサの切れ味が問題となることはほとんどない。
（例えば、特許文献１参照）

別のタイプのダイヤモンドロータリドレッサの一例としては、総型形状のダイヤモンドロータリドレッサが知られている。総型形状のダイヤモンドロータリドレッサにおいて、例えば、砥石軸とダイヤモンドロータリドレッサ軸が平行に配置される場合には、ダイヤモンドロータリドレッサは切り込みだけがなされるプランジドレッシングが行われる。
プランジドレッシングの場合は、ダイヤモンドロータリドレッサと砥石の接触面積が大きいためドレッシング抵抗が高くなりがちで、スムーズなドレッシングをするためにはダイヤモンドロータリドレッサの良好な切れ味が要求される。さらに、ダイヤモンドロータリドレッサの表面粗さがそのまま砥石に転写されるためダイヤモンドロータリドレッサの完成精度がドレッシング精度に及ぼす影響が極めて大きい。
（例えば、特許文献２参照）

ダイヤモンドロータリドレッサの切れ味を向上させる方法としては、例えば、次の（１）から（３）の方法がよく用いられている。
（１）ダイヤモンド砥粒の固着されない部分（ダイヤフリーゾーン）をスジ状に設け、作用砥粒数を減少させる方法である。切れ味向上に最も効果的な方法のひとつである。
（２）ダイヤモンド砥粒に予めガラスビーズ、セラミックスビーズ、樹脂ビーズ等を一定の割合で混合しておき、この混合物を結合材で固着することによってダイヤモンド集中度を下げ、作用砥粒数を減少させる方法である。
（３）ダイヤモンドロータリドレッサのダイヤモンド砥粒の突出端にレーザービームなどにより溝を入れて、シャープな切れ刃を設ける方法である。
特開昭５９−４７１６２号公報 特公平１−２２１１５号公報

しかしながら、上述の（１）〜（３）の方法は、それぞれ切れ味の向上に有効な方法であるが、以下のような問題点があった。
（１）については、ダイヤフリーゾーンが溝となって、断続的なドレッシングとなり、ドレッシング作業中に振動が発生し易く、その振動が砥石に転写され、成形された砥石の表面粗さが粗くなる問題があった。また、ドレッシング時の騒音が大きくなる問題もあった。
（２）については、上記の（１）の欠点を解消するため発明された方法で、ダイヤモンドロータリドレッサのダイヤモンド層全体を、均一に切れ味を向上させることができ、しかも総型ダイヤモンドロータリドレッサにも適用が可能な優れた方法であるが、ダイヤモンドロータリドレッサの仕様によって、その都度ガラスビーズ等の混合割合を変更しなければならないため、それぞれ専用のめっき槽が必要になる等の問題があった。
（３）については、ダイヤモンドロータリドレッサ完成後に処理が可能であり、しかも、溝の入れ方によって切れ味を任意に制御することができる最も優れた方法である。また、長期間の使用により切れ味の低下したダイヤモンドロータリドレッサに溝を入れることにより、切れ味を回復させることも可能であり、適用範囲が極めて広範囲である特長を有する。このように極めて有用な方法であるが、高価なレーザービーム照射装置が必要で、設備に費用がかかる問題があった。さらに、ダイヤモンドロータリドレッサの形状は、ほとんどが総型形状なので、レーザービームの照射プログラムをその都度、作成しなければならない問題があった。
本発明は、これらの問題点を解決しようとするものである。

本発明の超砥粒工具は、超砥粒を一層のみ結合材で結合した超砥粒層を有する超砥粒工具で、超砥粒層には互いに交差する溝が設けられ、超砥粒層の作用面と溝によって形成されるエッジ部には超砥粒が配置され、溝の内部の超砥粒は溝表面から突出していないことを特徴とする。
本発明の超砥粒工具は、超砥粒層に互いに交差する溝が設けられている。すなわち、超砥粒層には、網目状の溝が設けられている。さらに、超砥粒層の作用面と溝によって形成されるエッジ部には超砥粒５が配置されているので、極めて良好な切れ味を発揮することができる。
本発明の超砥粒工具をダイヤモンドホイールまたはＣＢＮホイールに適用したときには、目づまりすることがなく、卓越した切れ味を長期間にわたって安定して発揮するので、工作物に焼けを発生させることなく、高精度で高能率な研削加工が可能となり、各種部品などの量産加工に貢献することができる。
特に、本発明の超砥粒工具をダイヤモンドロータリドレッサに適用したときには、超砥粒層の作用面と溝のなすエッジ部に配置された超砥粒５によって、卓越した切れ味を発揮するのでドレッシング抵抗が低い。これにより、高精度で高能率なドレッシングが長期間に渡って可能となり、自動車部品、軸受けなどの部品を低コストで量産するのに貢献することができる。
さらに本発明の超砥粒工具は、網目状の溝なので、スジ状の溝に比較して、工作物および砥石に対する接触がスムーズに実行され、研削加工およびドレッシングに際して、振動および騒音の発生を低減させる効果が得られる。
さらに、本発明の超砥粒工具は、図３に示すように、溝の内部の超砥粒（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ）は溝表面から突出しておらず、ほぼ溝表面と同一平面上に配置されている。これにより研削液の流れが極めてスムーズで、切り粉などが超砥粒層に堆積して目づまりを発生することがない。したがって、長時間に渡って良好な切れ味を持続させることが可能である。
さらに本発明の超砥粒工具は、溝の内部にも超砥粒（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ）が配置されているので、長時間使用しても溝が切り粉などによって浸食されず、溝の形状変化が極めて少ない。従って、超砥粒層の形状精度に及ぼす影響が少なく、超砥粒工具の形状精度を長期間、高精度に維持することができる。
以上の理由により、本発明の超砥粒工具の形状精度を長期間、高精度に維持することができるだけでなく、長時間に渡って良好な切れ味を持続させることが可能である。

本発明の超砥粒工具は、溝において、溝壁部と溝底部がなすコーナー部には丸みが付けられていることが好ましい。
図３に示すように、溝壁部と溝底部がなすコーナー部には丸みＲが付けられているので、研削液の流れがスムーズであり、溝に切り粉や砥石クズが堆積することがほとんどない。丸みは、溝深さを半径とする、できる限り大きな半径の丸みとすることが好ましい。

本発明の超砥粒工具は、溝の溝幅Ｇｗが超砥粒の平均粒径の２倍から５０倍で、溝の溝深さＧｄは、超砥粒の平均粒径の０．１倍から５倍であることが好ましい。
溝幅は、超砥粒層の作用面の面積率に影響を及ぼすので、超砥粒の作用面積が著しく減少して、超砥粒工具の寿命を短くすることがないように設定する。溝幅は、通常２倍から３０倍に設定することがより好ましく、２倍から２０倍に設定することが最も好ましい。
溝深さは、 超砥粒の平均粒径の０．２倍から５倍であることがより好ましく、０．２倍から３倍であることが最も好ましい。
本発明の超砥粒工具は、超砥粒層は超砥粒が一層なので、溝深さは、超砥粒の平均粒径の１倍前後で設定されると工具性能をよく発揮する傾向にある。

本発明の超砥粒工具は、溝が超砥粒工具の軸となす角度（α、β）は、５°〜６０°であることが好ましい。
溝が超砥粒工具の軸となす角度は、１０°〜４５°であることがより好ましく、１５°〜４５°であることが最も好ましい。

本発明の超砥粒工具は、超砥粒の平均粒径が１０〜２０００μｍであることが好ましい。
超砥粒の平均粒径は、工作物の要求表面粗さなどに基づいて適宜、決定する。
ここで、平均粒径とは、任意の超砥粒を１００個取り出し、その超砥粒を実体顕微鏡等で観察した際に、超砥粒を横断する直線が最も長くなる位置での測定値を粒径とし、１００個の平均値を平均粒径と規定した。

本発明の超砥粒工具は、ダイヤモンドロータリードレッサであることが好ましい。
本発明は、ダイヤモンドロータリドレッサに適用すると、その性能をより発揮する。

本発明の超砥粒工具は、総型形状を有するダイヤモンドロータリードレッサであることが好ましい。
本発明は、総型形状のダイヤモンドロータリドレッサに適用すると最大限にその性能を発揮すると考えられる。特に、切れ味を要求される形状で、例えば、ショルダー部を有するダイヤモンドロータリドレッサ等に適用するのが最も好ましい。

本発明は反転めっき法を用いた超砥粒工具の製造方法であって、母型の内周面に導電性材料を網目状に配置して、導電性接着剤で固着する工程と、その母型の内周面と導電性物質の表面に、超砥粒をめっきにより埋め込みして、超砥粒層を形成する工程と、超砥粒層と芯金を接合する工程と、母型を除去して超砥粒層を露出させる工程とを含む、超砥粒工具の製造方法である。
反転めっき法は公知の方法を用いることができる。
母型の内周には導電性材料を網目状に配置して、導電性接着剤で固着する。導電性材料としては、例えば、アルミニウム、鉄および銅およびそれらの合金などを用いることができるが、導電性材料であればこれらの材料に限定されるものではない。
網目状に配置するには、例えば、アルミ合金製の網を用いることができる。または、アルミ合金製の線材または板材を用いて網目状に配置することができる。板材を用いる際には、板材の母型に対して中心側のコーナー部をＲ状に丸めておくことが好ましい。これによって溝の底部のコーナーに丸みが形成されるからである。これらを母型の内周に固着するには、公知の導電性接着剤を用いることができる。
母型の内周に、超砥粒をめっきにより埋め込みするには、ニッケルめっきを用いるのが好ましい。めっきは、電気めっき、および化学めっきのいずれかを用いることができる。
超砥粒層と芯金を接合するには、公知の低融点合金を用いることができる。
母型を機械加工などにより除去して、超砥粒層を露出させた後は、導電性材料を機械加工などにより除去すると、網目状の溝が形成された超砥粒層が出現する。
その後、芯金を機械加工により所望の形状とし、超砥粒層をツルーイング・ドレッシングして超砥粒工具が完成する

本発明によれば、切れ味が良好で、超砥粒工具の精度が長期間に渡って維持される。特に、ダイヤモンドロータリドレッサに適用することにより、発明の効果を最大限に引き出すことができる。

本発明の最良の形態については、実施例の項で詳しく説明する。

以下のようにして、本発明の実施例１の反転めっき法による、ダイヤモンドロータリドレッサを製作した。
厚肉円筒状の母型を準備し、その母型の内周面に、断面形状が幅２ｍｍ、厚み０．３ｍｍのアルミニウム合金製の板材を網目を形成するように導電性接着剤を用いて固着した。網目の形態は、ダイヤモンドロータリドレッサの軸に対して、左右に３０度をなす角度（すなわち、図２における、α＝β＝３０度）で、母型の内周を３６等分するものとした。すなわち、７２本の板材を用いて網目を形成した。
次にその内周面に平均粒径が約４００μｍのダイヤモンド砥粒をハンドセット法により導電性接着剤を用いて仮固定し、その後ニッケルめっきによりダイヤモンド砥粒を完全に埋め込みを行って超砥粒層を形成した。
次に、芯金を入れて低融点合金で超砥粒層と芯金を接合し、母型を除去して超砥粒層の外周面を露出させ、超砥粒層に網目状に埋め込まれたアルミニウム合金製の板材を機械加工により除去した。
次に、芯金を所望の形状に機械加工後、超砥粒層をツルーイング・ドレッシングして、ダイヤモンドロータリドレッサを完成させた。完成したダイヤモンドロータリドレッサの詳細は、外径８０ｍｍ、溝幅２ｍｍ、溝深さ０．２ｍｍ、溝の角度α＝β＝３０度、交差する溝はドレッサ外周を３６等分するものである。
この実施例１のダイヤモンドロータリドレッサを用いて在来砥石をドレッシングし、本発明の効果を確認した。その結果、切れ味は良好でドレッシング抵抗が低く、ドレッシング時の騒音も少なく、高精度で高能率なドレッシングが可能であることを確認できた。さらに、長時間にわたって、ドレッシング抵抗が安定し、形状精度の低下もほとんど確認出来なかった。

以下のようにして、本発明の実施例２の反転めっき法による、ダイヤモンドロータリドレッサを製作した。
厚肉円筒状の母型を準備し、その母型の内周面に、断面形状が幅２ｍｍ、厚み０．３ｍｍの銅製の板材を網目を形成するように導電性接着剤を用いて固着した。ただし、この銅
製の板材の母型に対して中心側を向く側には、半径約０．１５ｍｍの丸み加工を施した。
網目の形態は、ダイヤモンドロータリドレッサの軸に対して、左右に３０度をなす角度（すなわち、図２における、α＝β＝３０度）で、母型の内周を３６等分するものとした。すなわち、７２本の板材を用いて網目を形成した。
次にその内周面に平均粒径が約４００μｍのダイヤモンド砥粒をハンドセット法により導電性接着剤を用いて仮固定し、その後ニッケルめっきによりダイヤモンド砥粒を完全に埋め込みを行って超砥粒層を形成した。
次に、芯金を入れて低融点合金で超砥粒層と芯金を接合し、母型を除去して超砥粒層の外周面を露出させ、超砥粒層に網目状に埋め込まれたアルミニウム合金製の板材を機械加工により除去した。
次に、芯金を所望の形状に機械加工後、超砥粒層をツルーイング・ドレッシングして、ダイヤモンドロータリドレッサを完成させた。完成したダイヤモンドロータリドレッサの詳細は、外径８０ｍｍ、溝幅２ｍｍ、溝深さ０．２ｍｍ、溝のコーナー部の丸みの半径は０．１５ｍｍ、溝の角度α＝β＝３０度、交差する溝はドレッサ外周を３６等分するものである。
この実施例２のダイヤモンドロータリドレッサを用いて在来砥石を実施例１と同じ条件でドレッシングし、本発明の効果を確認した。その結果、切れ味は良好でドレッシング抵抗が低く、ドレッシング時の騒音も少なく、高精度で高能率なドレッシングが可能であることを確認できた。さらに、長時間にわたって、ドレッシング抵抗が安定し、形状精度の低下もほとんど確認出来なかった。

以下のようにして、本発明の実施例３の反転めっき法による、ダイヤモンドロータリドレッサを製作した。
厚肉円筒状の母型を準備し、その母型の内周面に、断面形状が幅２ｍｍ、厚み０．３ｍｍの鉄製の板材を網目を形成するように導電性接着剤を用いて固着した。ただし、この鉄
製の板材の母型に対して中心側を向く側には、半径約０．１５ｍｍの丸み加工を施した。
網目の形態は、ダイヤモンドロータリドレッサの軸に対して、左右に３０度をなす角度（すなわち、図２における、α＝β＝３０度）で、母型の内周を３６等分するものとした。すなわち、７２本の板材を用いて網目を形成した。
次にその内周面に平均粒径が約４００μｍのダイヤモンド砥粒をハンドセット法により導電性接着剤を用いて仮固定し、その後ニッケルめっきによりダイヤモンド砥粒を完全に埋め込みを行って超砥粒層を形成した。
次に、芯金を入れて低融点合金で超砥粒層と芯金を接合し、母型を除去して超砥粒層の外周面を露出させ、超砥粒層に網目状に埋め込まれたアルミニウム合金製の板材を機械加工により除去した。
次に、芯金を所望の形状に機械加工後、超砥粒層をツルーイング・ドレッシングして、ダイヤモンドロータリドレッサを完成させた。完成したダイヤモンドロータリドレッサの詳細は、外径８０ｍｍ、溝幅２ｍｍ、溝深さ０．２ｍｍ、溝のコーナー部の丸みの半径は０．１５ｍｍ、溝の角度α＝β＝３０度、交差する溝はドレッサ外周を３６等分するものである。
この実施例３のダイヤモンドロータリドレッサを用いて在来砥石を実施例１と同じ条件でドレッシングし、本発明の効果を確認した。その結果、切れ味は良好でドレッシング抵抗が低く、ドレッシング時の騒音も少なく、高精度で高能率なドレッシングが可能であることを確認できた。さらに、長時間にわたって、ドレッシング抵抗が安定し、形状精度の低下もほとんど確認出来なかった。

本発明の超砥粒工具の斜視図である。 本発明の超砥粒工具の超砥粒層の拡大図である。 本発明の超砥粒工具の溝の断面図である。

符号の説明

１ 超砥粒工具
２ 超砥粒層
３ 溝
４ 芯金
５ 超砥粒
５’（５ａ〜５ｅ） 溝部の突出していない超砥粒
６ 結合材
α、β 溝が超砥粒工具の軸となす角度
Ｇｄ 溝の深さ
Ｇｗ 溝の幅
Ｒ 溝のコーナー部の丸みの半径

Claims (8)

1. 超砥粒を一層のみ結合材で結合した超砥粒層を有する超砥粒工具であって、
   前記超砥粒層には互いに交差する溝が設けられ、
   前記超砥粒層の作用面と前記溝によって形成されるエッジ部には超砥粒が配置され、
   前記溝の内部の超砥粒は溝表面から突出していないことを特徴とする、超砥粒工具。
2. 前記溝において、溝壁部と溝底部がなすコーナー部には丸みが付けられていることを特徴とする、請求項１記載の超砥粒工具。
3. 前記溝の溝幅は、前記超砥粒の平均粒径の２倍から５０倍で、
   前記溝の溝深さは、前記超砥粒の平均粒径の０．１倍から５倍であることを特徴とする、請求項１または２記載の超砥粒工具。
4. 前記溝の超砥粒工具の軸となす角度は、５°〜６０°であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の超砥粒工具。
5. 前記超砥粒の平均粒径は１〜２０００μｍであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の超砥粒工具。
6. 前記超砥粒工具は、ダイヤモンドロータリードレッサであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の超砥粒工具。
7. 前記超砥粒工具は、総型形状を有するダイヤモンドロータリードレッサであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の超砥粒工具。
8. 反転めっき法による、請求項１から７のいずれか１項に記載の超砥粒工具の製造方法であって、
   母型の内周面に導電性物質を網目状に配置して、導電性接着剤で固着する工程と、
   母型の内周面と導電性物質の表面に、超砥粒をめっきにより埋め込みして、超砥粒層を形成する工程と、
   超砥粒層と芯金を接合する工程と、
   母型を除去して超砥粒層を露出させる工程とを含む、超砥粒工具の製造方法。

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