JP2011177889A - 研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒形表面を持ち、且つガラス、ガラスセラミックスあるいはセラミックスのような硬くてもろい材料で作られた工作物を加工するための研削方法を提供する。その方法は、高い精度と共に材料除去能力の高いことを利点とする。
【解決手段】この発明の方法は、前記工作物１２を工作物ホルダー１４に固定して、回転軸１６の周りに回転するように駆動することからなる。前記工作物１２は、工作物の回転軸１６に平行に延びる研削心棒軸２０の周りに回転するように駆動される研削工具１８によって研削され、前記研削工具１８は前記研削心棒軸２０に垂直に送り込まれる。この方法では、内面研削または外面研削のためにカップ型研削工具を使用することもできる。
【選択図】図１

Description

本発明はもろい材料、特にガラス、ガラスセラミックスあるいはセラミックスからなる工作物を加工するための研削方法に関する。また、本発明はこのタイプの研削方法を行なうのに適した研削機械に関する。

研削方法は数十年間にわたって、金属加工における標準として使用されてきており、また現在広い範囲の形態で採用されている。金属加工の領域で知られている研削方法を例えばガラス、ガラスセラミックスあるいはセラミックスだけでなく、耐火材料やＳｉＣなどのもろい材料に直接転用することは理論的には可能であるが、これらの研削方法は加工される工作物の特殊な性質を考慮したものではない。特に、１００ｋｇ以上の質量を有する大きな工作物を可能な限り、短い時間で迅速にしかも比較的高い精度で加工しようとする場合、最適な結果を得るためには特殊な研削方法と、場合によっては特殊な研削工具が必要となる。さらにまた、金属の研削では約１ｍｍ^３／分〜５ｍｍ^３／分という小さな材料除去率しか達成できない。

この発明が関係している方法には、工作物の円筒状外面研削、円筒状内面研削および表面研削が含まれる。
円筒状外面研削の場合、工作物を一端または両端で回転する台板に取り付け、円筒状の研削回転体で外面を研削することが知られているが、この場合、研削回転体は工作物の回転軸と平行に向けられた研削心棒軸の周りに回転し、研削心棒軸の方向に前進送りされる。

円筒状内面研削の場合、さらに１回円筒状研削回転体が使用され、研削回転体が工作物の回転軸と平行に向けられた研削心棒軸の周りに回転し、同様に研削心棒軸の方向に前進する。
円筒状研削回転体による表面研削の場合、回転テーブル上での外周研削が知られており、この場合、工作物は回転テーブル上で回転され、回転テーブルの回転軸に対して半径方向に向けられた研削心棒軸の周りに回転する円筒状研削回転体によって研削され、研削回転体の前進は研削心棒軸の方向に行なわれる。

この関係では、例えば下記特許文献１を参照すべきであるが、特許文献１は、歯車本体の平らな側面を研削する方法を示しており、歯車本体は駆動されて回転する表面研削回転体によって表面研削されるが、それぞれの歯車本体は工作物テーブル上で表面研削回転体に対して回転する。
しかしこのタイプの表面研削方法は、工作物と表面研削回転体との間の相対的な回転以外に前進運動が全く無いので、比較的小さな表面の表面研削に適するだけである。

さらに、下記特許文献２は回転対称形の石材製品の製作方法を開示しているが、それによると石材加工品をその回転軸の周りに回転させ、回転する研削回転体によって加工する。石材製品の外周に対して交差する方向に丸く延びている少なくとも１つの表面を作るには、外周の細長い部品に沿って行われた研削作業のあとで、石材の回転軸に対して横切っている軸の周りに、いずれの場合も石材がその固定装置とともに研削工具に対してピボット軸支される。

しかしこの研削方法は、丸い端面を有するカーリングストーンの加工のために特に設計されたものである。

独国特許発明第２ ２２２ ３７３号明細書 独国特許発明第２５ ０９ ９８９号明細書

上記の背景に鑑みて、本発明は、特にガラス、ガラスセラミックスあるいはセラミックスからなる硬くてもろい材料の工作物を加工するための改良された研削方法を提供することにあり、その方法は、高い精度と共に可能な限り高い材料除去能力を達成できるようにしている。さらに、この発明は、このタイプの研削方法を実行するために適した研削機械を提供することを目的とする。

この目的は、硬くてもろい材料、特にガラス、ガラスセラミックスあるいはセラミックスからなる工作物を加工するための研削方法であって、下記の諸工程からなる諸方法によって達成される。
工作物を工作物ホルダーに固定し、
工作物を駆動して回転軸の周りに回転させ、
駆動されて研削心棒軸の周りに回転する研削工具によって工作物を研削し、
研削心棒軸を工作物の回転軸に垂直な方向に向け、
研削心棒軸に垂直に研削工具を送り込む。

本発明によれば、従来技術と異なり、研削工具の送り込みが研削心棒軸に垂直に行なわれ、その結果特に高い材料除去能力と良好なレベルの精度で表面研削と円筒状の外面研削の両方を行なうことができる。
本発明の第一の形態では、円筒状外面研削のための研削工具の送り込みが工作物の回転軸に平行に行なわれる。

こうして、高い材料除去能力と良好なレベルの精度で円筒状の外面研削を実現することが可能になり、そのことは、研削心棒軸を工作物の回転軸に平行に向けた状態で、円筒状の表面研削回転体を用いる従来の円筒状外面研削よりも、明らかに改善を示している。
本発明の別の変形によれば、表面研削のための研削工具の送り込みが、工作物の回転軸に垂直に行なわれる。

これにより、駆動されて回転する工作物の表面研削作業が、特に有利な方法で実施することができる。この構成は、工作物がその回転運動のために研削工具の端面に向かって実際に動かされ、その結果材料の除去が主に研削工具の端面において行なわれるので、特に高い材料除去能力をもたらすこととなる。このタイプの構成は、金属製工作物の場合には避けるべきであるが、このタイプの研削方法は例えばガラス、ガラスセラミックス、セラミックス、ＳｉＣ、耐火材料で作られた基本的にもろくて、および／または硬くてもろい材料に対して特に有利である。耐火材料として挙げることができるものには、例えば主に二酸化珪素からなる珪酸ブロックや石英焼結材、１０重量％〜４４重量％のアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）と５０重量％〜８０重量％の二酸化珪素からなる耐火粘土ブロック、およびＡｌ_２Ｏ_３成分を４４重量％以上含むアルミナ・リッチのブロックが含まれる。

本発明の目的はまた研削機械、特にガラス、ガラスセラミックスあるいはセラミックスのようなもろい材料を加工するための研削機械によって達成されるが、その機械は、回転軸の周りに工作物を固定し駆動するための工具ホルダーを有し、研削心棒軸の周りに研削工具を回転駆動するための研削心棒を有し、工作物と研削心棒との間へ前進送りを生じさせるための前進駆動装置を有し、研削心棒軸は工作物の回転軸に垂直な方向に向けられ、また前進駆動装置は、研削心棒を研削心棒軸に垂直に送り込むこととしている。

この場合、研削心棒軸を工作物の外側に沿って工作物の回転軸に平行に送り込むことができるように、前進駆動を向けることができる。この場合、研削機械は円筒状の外面研削用に設計されている。
さらに、研削心棒軸を工作物の端面に沿って工作物の回転軸に垂直に送り込むことができるように、前進駆動を配設することができる。

この場合、研削機械は回転テーブル上の工作物の表面研削用に設計される。
上記２つの実施形態を互いに組み合わせて、研削機械が本発明による円筒状外面研削と本発明による表面研削の両方を可能にすることができることは、言うまでもない。
本発明の別の変形によれば前記の目的は、好ましくはもろい材料、特にガラス、ガラスセラミックスあるいはセラミックスからなる工作物を加工するための研削方法によって達成されるが、その方法は、下記の諸工程からなるものである。すなわち、
工作物を工作物ホルダーに固定し、
工作物を駆動して回転軸の周りに回転させ、
駆動されて研削心棒軸の周りに回転されるカップ型研削工具によって工作物を加工し、
研削心棒軸を工作物の回転軸に平行に配設し、かつ研削心棒軸方向に送り込みを行なう
という諸工程からなるものである。

この研削方法は、既知の円筒状外面研削または円筒状の内面研削を基礎とするものであるが、本発明によれば円筒状研削工具の代わりにカップ型研削工具が使用される。
このようにしても、ガラス、ガラスセラミックスあるいはセラミックスなどの基本的にもろく、および／または硬くてもろい材料を加工する際に、大きい材料除去能力を達成することが可能である。特に本発明の方法は、好適には１ｃｍ^３／分〜５００ｃｍ^３／分の範囲の最低材料除去率を達成することができる。ある実施形態によれば、特に迅速な材料除去が望ましい場合は、材料除去率は２０ｃｍ^３／分以上であることが好ましい。他の実施形態では、材料除去をしている間に高いレベルの精度が要求される場合、２ｃｍ^３／分よりも低い材料除去率を選択することが好ましい。

驚くべきことに、本発明による方法は研削回転体の目立て（ドレッシング）を全く必要としない。すなわち、目立て工程を省略できる。
一般に、本発明による方法の研削作業には、研磨材として砥粒結合体だけを使用することが好ましい。
この発明の第一の変形形態によれば、カップ型の研削工具を使用して工作物の内面を研削し、これによって円筒状の内面研削を行なう。

この方法のさらに別の変形によれば、カップ型の研削工具を使用して工作物の外面を研削する。
これにより円筒状の外面研削が可能となる。
本発明の研削方法は、例えばガラス、ガラスセラミックスあるいはセラミックスのような基本的にもろく、および／または硬くてもろい材料からなる質量１００ｋｇ以上の大きな工作物の研削に対して、特に有利に適用される。

これらはガラス、ガラスセラミックスあるいはセラミックスから鋳込み成形された工作物であることが好ましい。
しかし別の実施形態によれば別の方法、例えば焼結方法で製造されたセラミックス製の工作物をこの方法で加工することも可能である。
上に列挙した特徴および以下で説明する特徴が、それぞれの例において示した組み合わせだけでなく、その他の組み合わせあるいは独立した手段をとして、本発明の範囲から逸脱することなく使用することができることは、言うまでもない。

この発明の第１の実施態様を概略図の形で示しており、その態様は、回転対称形の工作物の外面研削に関するものである。 この発明の別の実施態様の概略を側面図で示しており、その態様は、駆動された回転テーブル上の工作物の表面研削を行なうためである。 図２に示した構成の平面図である。 本発明による方法を使用するための研削機械の概略図である。 この発明のさらに別の実施態様の概略図であって、その態様は、カップ型研削工具を使用して回転対称形の工作物の円筒状外面研削を行なうためである。 この発明のさらに別の実施態様の概略図であって、その態様は、カップ型研削工具を使用して工作物の円筒状内面研削を行なうためである。

この発明のさらに別の特徴と利点は、添付の図面を参照して好適な実施形態についての以下の説明から明らかである。
図１は工作物１２の円筒状の外面研削を行うための構成を模型的に示し、この構成は全体として参照番号１０で示されている。
構成１０は、模型的にのみ示されている工作物ホルダー１４を有する。工作物１２は一端において内面または外面で工作物ホルダー１４に固定される。工作物１２を加工するために研削心棒が備えられるが、そのうち外側の端部に固定された円筒状研削工具１８のみが見える。研削工具１８は、詳細には図示してない駆動装置によって研削心棒軸２０の周りで速い回転速度で駆動することができる。研削工具１８は、カップ型研削工具として設計するのが有利である。

さらに研削心棒は、適切な案内手段上に配設され、案内手段に沿って調節可能な前進速度で移動させることのできる前進駆動装置（図示せず）により、矢印２４で示された方向に、工作物または工作物ホルダー１４の回転軸１６に平行に移動させることができる。研削心棒軸２０は、工作物１２または工作物ホルダー１４の回転軸に垂直に向かうように配設される。

研削心棒軸２０が、工作物１２または工作物ホルダー１４の回転軸１６に平行に配置される金属加工の分野で周知の円筒状の外面研削と異なり、この発明では、研削心棒軸２０は、工作物１２または工作物ホルダー１４の回転軸１６に垂直に配設され、前進駆動装置により研削心棒軸２０に垂直に動かされる。これにより、工作物１２は矢印２６で示された方向に回転軸１６の周りに駆動され、またそれに垂直に配設された研削工具１８は矢印２２で示された方向に研削心棒軸２０の周りに駆動されるので、工作物１２の外面は主に研削工具１８の端面によって加工される。

このタイプの構成は、例えばガラス、ガラスセラミックスあるいはセラミックスのようなもろく、および／または硬くてもろい材料の場合に、特に良好な加工能力を発揮する。
本発明の別の実施形態を図２および３に示し、全体として参照番号１０ａで示す。この場合の構成１０ａは、矢印２６で示されるように、回転軸１６の周りに駆動される回転テーブルの形の工作物ホルダー１４を有する。工作物１２は、詳細には図示されない方法で、工作物ホルダー１４の上に固定される。

この構成１０ａによれば、工作物１２の端面を面研削することができる。この目的のために、研削心棒軸２０は水平に、すなわち工作物１２の鉛直に向けられた回転軸に対して垂直に向けられる。円筒状研削工具１８は研削心棒上に保持され駆動されて、矢印２２で示されるように、研削心棒軸２０の周りに高い回転数で回転することができる。研削心棒の前進運動は研削心棒軸に対して垂直に、すなわち矢印２４で示されるように水平方向に行なわれる。

この実施形態においても、主要な研削力はこの場合にも円筒状研削工具１８の端面でさらに一回発生するので、例えばガラス、ガラスセラミックスあるいはセラミックスのような、特にもろい材料を加工するときに、特に良好な加工能力が達成される。この場合もやはり、研削工具はカップ型研削工具として形成することが有利である。
図４は、上で説明したように円筒状外面研削と表面研削の両方に適しており、全体として参照番号１００で示される研削機械の極端に模式化した図である。研削機械１００は駆動装置１２４によって駆動されて回転する工作物ホルダー１１４を有する。水平方向に向けられた研削心棒１２０は、詳細には図示されてない駆動装置により、例えば最高で毎分２万回転という高い回転数で回転するように駆動される。研削心棒１２０は、詳細には図示されてない方法で、駆動装置により、第一の案内具１２２に沿って水平方向に変位させることができる。第一の案内具１２２は第二の案内１１８の上に保持され、詳細には図示されてない方法で駆動装置により第二の案内具１１８に沿って鉛直方向に変位させることができる。従って、その上に研削工具が保持されて水平に配設された研削心棒１２０は、規定された前進速度で所望の位置まで水平面または鉛直面内を直線的に移動できる。研削機械１００は、従来の研削機械では鉛直方向に向けられている研削心棒１２０が水平方向に向けられている点で、既知の研削機械とは異なる。

図５および図６は円筒状外面研削と円筒状内面研削を図示するが、これらはそれぞれの場合に研削工具としてカップ型研削工具１８が使用されるという事実のために、従来技術によって知られている円筒状外面研削および円筒状内面研削とは異なる。
図５に示した構成１０ｂでは、図１に示された実施形態の変形として、研削心棒軸２０が、工作物１２または工作物ホルダー１４の回転軸１６に平行に向けられている。矢印２２で示されるように研削心棒軸２０の周りに回転する研削工具１８は、矢印２４で示される方向に工作物１２または工作物ホルダー１４の回転軸１６と平行に送り込まれる。

円筒状内面研削のために設計された図６に示した構成１０ｃでは、カップ型研削回転体として設計された研削工具１８を使用して、工作物１２の内面が研削される。この場合も、送り込みは、矢印２４で示されるように、工作物１２または工作物ホルダー１４の回転軸１６と平行に行なわれる。

Claims (4)

1. 少なくとも一部に円筒形部分を持ち且つもろい材料すなわちガラス、ガラスセラミックスあるいはセラミックスで作られた工作物（１２）を加工するための研削方法であって、
   工作物（１２）を工作物ホルダー（１４）に固定して工作物ホルダー（１４）の回転軸（１６）の周りに工作物（１２）を回転可能とし、研削心棒軸（２０）の周りに回転するカップ型研削工具（１８）を設置して、研削心棒軸（２０）を回転軸（１６）に平行に向けておき、
   工作物（１２）を回転軸（１６）の周りに回転させてカップ型研削工具（１８）により工作物（１２）の円筒形表面を研削し、カップ形研削工具（１８）を工作物（１２）の回転軸（１６）に平行に送り込み、少なくとも２０ｃｍ^３／分の材料除去率で研削する、
   工程からなる研削方法。
2. 前記工作物（１２）がカップ型研削工具（１８）の回転方向と逆の方向に回転させることを特徴とする、請求項１に記載の研削方法。
3. 前記工作物（１２）が外側に円筒形表面を持ち、主として前記カップ型研削工具（１８）の端面により工作物の円筒形表面を研削することを特徴とする、請求項１又は２に記載の研削方法。
4. 前記工作物（１２）が内部に円筒形の面を持ち、主として前記カップ型研削工具（１８）の端面により工作物の円筒形表面を研削することを特徴とする、請求項１又は２に記載の研削方法。

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