JP2013078814A - 超砥粒工具およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工具寿命を長くすることが可能な超砥粒工具を提供することを目的とする。
【解決手段】ダイヤモンドロータリードレッサー１は、台金１０と、台金１０に配置された柱状ダイヤモンド２０とを備える。柱状ダイヤモンド２０の表面が露出している先端部２５にはＲ０．０５ｍｍ〜Ｒ１ｍｍの丸みが設けられている。
【選択図】図７

Description

本発明は、工作物を総型に研削加工するのに用いる超砥粒研削ホイールおよび、砥石を総型にドレッシングするのに用いるダイヤモンドロータリードレッサ等の超砥粒工具およびそれらの製造方法に関する。

従来のこの種の工具としては、柱状ダイヤモンドを用いたダイヤモンドロータリードレッサが知られている。

柱状ダイヤモンドとしての柱状気相合成ダイヤモンド、柱状単結晶ダイヤモンド、または柱状多結晶ダイヤモンドが安定して鋼等からなる台金に仮固定できるようにガイドとなる突起部または溝部を設け、そこに導電性接着剤により柱状ダイヤモンドを固定する。さらに、固定した柱状ダイヤモンドと導電性接着剤および台金の近傍をニッケルめっきで埋め込んで柱状ダイヤモンドを完全に固定するダイヤモンドロータリードレッサが知られている。
（特開２００１−１０５３１４号公報：特許文献１）
さらに従来のこの種の工具としては、自動車用エンジンの燃料噴射バルブの円錐形シート面と内径面を研削する砥石のドレッシング装置に使われるがダイヤモンドロータリードレッサが知られている。

このドレッシング装置には、柱状ダイヤモンドが用いられたカップ型のダイヤモンドロータリードレッサが備えられている。円錐形シート面と内径面を研削する砥石の円錐状砥石部と円筒状砥石部を別々にドレッシングが出来るように、複数の周方向に柱状ダイヤモンドが埋設されているダイヤモンドロータリードレッサが知られている。
（特開平１１−２７７４２７号公報：特許文献２）
さらに従来のこの種の工具としては、畝状凸部に断面が三角形のダイヤモンドが埋設されたダイヤモンドロータリードレッサが知られている。

このドレッサは、畝状凸部に断面が三角形のダイヤモンドが複数埋設されているので砥石を尖鋭角度に精度良くドレッシングすることができる。しかも畝状凸部に断面が三角形のダイヤモンドが複数埋設されているのでドレッシング精度を長期間に渡って高精度に維持することができるダイヤモンドロータリードレッサが知られている。
（特開昭６１−４６６８号公報：特許文献３）

特開２００１−１０５３１４号公報 特開平１１−２７７４２７号公報 特開昭６１−４６６８号公報

しかしながら、従来の超砥粒工具では微細な総型形状の工作物を加工できない問題が発生することがあった。また、微細な総型形状の砥石をドレッシング出来ない問題が発生することがあった。また可能であっても、超砥粒工具の寿命が極めて短くなる問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、工具寿命を長くすることが可能な超砥粒工具を提供することを目的とする。

この発明に従った超砥粒工具は、台金と、台金に配置された柱状ダイヤモンドとを備えた超砥粒工具であって、柱状ダイヤモンドの表面が露出している先端部にはＲ０．０５ｍｍ〜Ｒ１ｍｍの丸みが設けられている。

好ましくは、超砥粒工具は、倣い加工に用いられる。
好ましくは、柱状ダイヤモンドの表面が露出している先端部には、開き角度θが１０度〜３０度のテーパ部が設けられている。

好ましくは、柱状ダイヤモンドの材質は、単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも一方を含む。

好ましくは、複数の柱状ダイヤモンドは、台金の円柱方向に沿って台金にロウ材で固定され、さらにニッケルめっきにより複数の柱状ダイヤモンド間の隙間が埋められて完全固定されている。

好ましくは、超砥粒工具は、超砥粒ホイールである。
好ましくは、超砥粒工具は、ロータリードレッサである。

この発明に従った超砥粒工具を製造する方法は、上記のいずれかの超砥粒工具を製造する方法であって、台金の円柱方向に沿って複数の柱状ダイヤモンドを台金にロウ材で固定する工程と、複数の柱状ダイヤモンド間の隙間をニッケルめっきにより埋める工程とを備える。

この発明の実施の形態１に従った超砥粒工具としてのダイヤモンドロータリードレッサーの平面図である。 図１中の矢印ＩＩで示す方向から見たダイヤモンドロータリードレッサーの正面図である。 図１中の矢印ＩＩＩで示す方向から見たダイヤモンドロータリードレッサーの背面図である。 図２中の矢印ＩＶで示す方向から見たダイヤモンドロータリードレッサーの底面図である。 図１中の矢印Ｖで示す方向から見たダイヤモンドロータリードレッサーの右側面図である。 図２中のＶＩで囲んだ部分を拡大して示すダイヤモンドロータリードレッサーの一部正面図である。 図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿ったダイヤモンドロータリードレッサーの断面図である。 この発明の実施の形態１に従ったダイヤモンドロータリードレッサーの一部断面図含む斜視図である。 実施の形態１に従ったダイヤモンドロータリードレッサーの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１に従ったダイヤモンドロータリードレッサーの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１に従ったダイヤモンドロータリードレッサーの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１に従ったダイヤモンドロータリードレッサーの製造方法を示す断面図である。 実施の形態１に従ったダイヤモンドロータリードレッサーの製造方法を示す断面図である。 図１３中の矢印ＸＩＶで示す方向から見たダイヤモンドロータリードレッサー平面図である。 実施の形態１に従ったダイヤモンドロータリードレッサーを用いて倣いドレッシングをする方法を示す図である。 この発明の実施の形態２に従った超砥粒工具としてのダイヤモンドロータリードレッサーの平面図である。 図１６中の矢印ＸＶＩＩで示す方向から見たダイヤモンドロータリードレッサーの正面図である。 図１６中の矢印ＸＶＩＩＩで示す方向から見たダイヤモンドロータリードレッサーの背面図である。 図１７中の矢印ＸＩＸで示す方向から見たダイヤモンドロータリードレッサーの底面図である。 図１６中の矢印ＸＸで示す方向から見たダイヤモンドロータリードレッサーの右側面図である。 図１７中のＸＸＩで囲んだ部分を拡大して示すダイヤモンドロータリードレッサーの一部正面図である。 図２１中のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線に沿ったダイヤモンドロータリードレッサーの断面図である。 この発明の実施の形態２に従ったダイヤモンドロータリードレッサーの一部断面図含む斜視図である。 実施の形態２に従ったダイヤモンドロータリードレッサーを用いて倣いドレッシングをする方法を示す図である。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った超砥粒工具としてのダイヤモンドロータリードレッサーの平面図である。図２は、図１中の矢印ＩＩで示す方向から見たダイヤモンドロータリードレッサーの正面図である。図３は、図１中の矢印ＩＩＩで示す方向から見たダイヤモンドロータリードレッサーの背面図である。図４は、図２中の矢印ＩＶで示す方向から見たダイヤモンドロータリードレッサーの底面図である。図５は、図１中の矢印Ｖで示す方向から見たダイヤモンドロータリードレッサーの右側面図である。

図１から５を参照して、実施の形態１に従ったダイヤモンドロータリードレッサー１は、円板形状の台金１０と、台金１０の外周面に取付けられた柱状ダイヤモンド２０とを有する。台金１０の中央部には、貫通孔１１が設けられている。

等間隔に配置された複数の柱状ダイヤモンド２０の各々は、工作物と接触することで、工作物をドレッシングすることができる。

図６は、図２中のＶＩで囲んだ部分を拡大して示すダイヤモンドロータリードレッサーの一部正面図である。図７は、図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿ったダイヤモンドロータリードレッサーの断面図である。図８は、この発明の実施の形態１に従ったダイヤモンドロータリードレッサーの一部断面図含む斜視図である。図６から図８を参照して、超砥粒工具としてのダイヤモンドロータリードレッサー１では、台金１０に柱状ダイヤモンド２０が配置されている。柱状ダイヤモンド２０の表面が露出している先端部２５にはＲ０．０５ｍｍ〜Ｒ１ｍｍの丸みが設けられている。ダイヤモンドロータリードレッサー１は、倣い加工に用いられる。柱状ダイヤモンド２０が切れ刃として作用するので、長期間に渡って高精度な倣い加工を行うことができる。倣い加工の対象となる工作物は、金属材料、セラミックス材料、ガラス材料、磁性材料、半導体材料、各種の複合材料、および砥石であるがこれらの材料に限定されることはない。

柱状ダイヤモンド２０の表面が露出している先端部２５にはＲ０．０５ｍｍ〜Ｒ１ｍｍの丸みが設けられているので倣い加工に好適に用いることができる。特に先端部の丸みをＲ０．０５ｍｍ程度まで小さく出来るので微細な総型形状の工作物にも適用することが可能である。ここで先端部２５の丸みとは、柱状ダイヤモンド２０の長手方向の断面におけるＲの大きさをいう。Ｒの大きさは工作物の形状により決定するが、出来る限り大きく設定するほうが超砥粒工具の寿命を長くすることができる。

柱状ダイヤモンド２０の表面が露出している先端部２５には、さらに開き角度θが１０度〜３０度のテーパ部が設けられている。

柱状ダイヤモンド２０の表面が露出している先端部２５には、開き角度θが１０度〜３０度のテーパ部を備えており、さらにその先端部にはＲ０．０５ｍｍ〜Ｒ１ｍｍの丸みが設けられているので倣い加工に好適に用いることができる。テーパ部が設けられていることにより、工作物に干渉することなく倣い加工に好適に用いることができる。テーパ部は工作物の形状により決定するが、干渉しない程度に大きめの角度に設定するほうが超砥粒工具の剛性を高く維持できるのでより好ましい。

柱状ダイヤモンド２０の材質は、単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンドのいずれかひとつ、またはこれらの組み合わせからなる超砥粒工具である。

柱状ダイヤモンド２０の材質は、人工単結晶ダイヤモンド、多結晶焼結ダイヤモンド、気相合成単結晶ダイヤモンドなどを用いることができ、工作物の種類、加工条件、要求精度などにより最適な材質を適宜選択することができる。

柱状ダイヤモンド２０は、台金１０にロウ材により固定され、さらにニッケルめっき２１により埋め込まれて完全固定されている。

柱状ダイヤモンド２０は活性化ロウ材などにより台金１０に強固に固着され、さらにニッケルめっき２１により埋め込まれて完全に固定されるので、長期間使用しても柱状ダイヤモンド２０が脱落することがない。従って、長期間に渡って超砥粒工具を使用することができる。超砥粒工具は、超砥粒ホイールとして用いることができる。

柱状ダイヤモンド２０はロウ材により台金に強固に固着され、さらにニッケルめっき２１により埋め込まれて完全に固定されるので、長期間に渡って柱状ダイヤモンドが脱落することがない。例えば、光学倣い方式の研削盤に取り付けられるダイヤモンドホイール、ＣＢＮホイールとして用いれば本発明の効果を最大限に発揮することができる。もちろん本発明の用途が光学倣い方式の研削盤に限定されることはない。

柱状ダイヤモンド２０はロウ材により台金に強固に固着され、さらにニッケルめっき２１により埋め込まれて完全に固定されるので、加工に際して柱状ダイヤモンド２０が脱落することがなく、特にダイヤモンドロータリードレッサー１に好適に用いることができる。

つまり、柱状ダイヤモンド２０が台金１０に完全固定されているので、長期間に渡って高精度な加工を行うことができる。

図９から１３は、実施の形態１に従ったダイヤモンドロータリードレッサーの製造方法を示す断面図である。図１４は、図１３中の矢印ＸＩＶで示す方向から見たダイヤモンドロータリードレッサー平面図である。

図９を参照して、ダイヤモンドロータリードレッサを製造する工程においては、まず、凹部１２を有する台金１０を準備する。

図１０を参照して、台金１０の凹部１２全面に、ロウ材１３を塗布する。
図１１を参照して、ロウ材１３上に柱状ダイヤモンド２０を載置する。

図１２を参照して、柱状ダイヤモンド２０上に、ニッケルめっき２１を形成する。
図１３を参照して、台金１０表面およびニッケルめっき２１を加工することにより、ダイヤモンドロータリードレッサー１が完成する。

図１４を参照して、複数の隣接する柱状ダイヤモンド２０間には、ニッケルめっき２１が埋まりこんでいる。これにより、柱状ダイヤモンド２０が完全に固定される。

図１５は、実施の形態１に従ったダイヤモンドロータリードレッサーを用いて倣いドレッシングをする方法を示す図である。図１５を参照して、２つの台金１０を合せて一つのダイヤモンドロータリードレッサー１を形成する。このダイヤモンドロータリードレッサー１を用いて、矢印で示す方向に、ＷＡ（白色アルミナ系）砥石４０の表面４１を倣いドレッシングすることが可能である。

（実施の形態２）
図１６は、この発明の実施の形態２に従った超砥粒工具としてのダイヤモンドロータリードレッサーの平面図である。図１７は、図１６中の矢印ＸＶＩＩで示す方向から見たダイヤモンドロータリードレッサーの正面図である。図１８は、図１６中の矢印ＸＶＩＩＩで示す方向から見たダイヤモンドロータリードレッサーの背面図である。図１９は、図１７中の矢印ＸＩＸで示す方向から見たダイヤモンドロータリードレッサーの底面図である。図２０は、図１６中の矢印ＸＸで示す方向から見たダイヤモンドロータリードレッサーの右側面図である。図２１は、図１７中のＸＸＩで囲んだ部分を拡大して示すダイヤモンドロータリードレッサーの一部正面図である。図２２は、図２１中のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線に沿ったダイヤモンドロータリードレッサーの断面図である。図２３は、この発明の実施の形態２に従ったダイヤモンドロータリードレッサーの一部断面図含む斜視図である。図２４は、実施の形態２に従ったダイヤモンドロータリードレッサーを用いて倣いドレッシングをする方法を示す図である。

図１６から図２４を参照して、実施の形態２に従ったダイヤモンドロータリードレッサー１では、先端部２５が左右対称形状である点で、実施の形態１に従ったロータリードレッサと異なる。柱状ダイヤモンド２０の両側に傾斜面が設けられている。

発明を実施するための最良の形態については、実施例で詳しく説明する。
（実施例１）
以下のような本発明の実施例１のダイヤモンドロータリードレッサを製作して、本発明の効果を実験により確認した。

まず、鋼製の円盤状台金を準備し、その外周に柱状ダイヤモンドが仮に配置できるように突起部を機械加工により形成した。

次に、断面が一辺０．４５ｍｍの正方形で、全長が４ｍｍの柱状の人工単結晶ダイヤモンドを準備し、その柱状ダイヤモンド一方の先端部にレーザービームを照射して先端部の角度が２５°、先端部の丸みがＲ０．１５ｍｍとなるようにレーザー加工を施した。

次に、台金の突起部にペースト状のロウ材を塗布し、レーザービームを照射して先端部の開き角度θが２５°、先端部の丸みがＲ０．１５ｍｍとなるように加工を施した柱状ダイヤモンドをＲ部が台金外方を向くように２４０個を放射状に等間隔に配置した。

次に柱状ダイヤモンドを等間隔に配置した台金を真空雰囲気の炉に入れて、柱状ダイヤモンドを台金にロウ付けを行い、台金に仮固定を行った。

次に、柱状ダイヤモンドがロウ付けされた台金を前処理して、マスキングを行い、ニッケルめっきにより柱状ダイヤ、ロウ材および台金先端部を埋め込みを行い、柱状ダイヤモンドを完全に台金に固定した。

次に、余分なニッケルめっきを機械加工等で除去し、さらにダイヤモンドホイールを装着した工具研削盤を用いて、柱状ダイヤモンド部分を開き角度θ２５°、先端部の丸みＲ０．１５ｍｍとなるように精度よく研削加工を行って、図１６から２３で示す形状のダイヤモンドロータリードレッサー１を作成した。以上のようにして、実施例１のダイヤモンドロータリードレッサー１を製作し、以下の条件で実験を行い、本発明の効果を確認した。
（ダイヤモンドロータリードレッサ仕様）
サイズ：外径１５０ｍｍ、先端部の開き角度θ：２５°、先端部：Ｒ０．１５ｍｍ
（砥石仕様）
砥石サイズ：外径３０５ｍｍ、ＷＡ砥石（＃１２０）
砥石形状：凸Ｒ部（Ｒ２）はＲ０．５ｍｍ、凹Ｒ部（Ｒ１）がＲ０．３ｍｍの波形の形状
（ドレッシング条件）
ダイヤモンドロータリードレッサ周速度：１５ｍ／秒
砥石周速度：２５．５ｍ／秒
周速度比：０．５８（逆方向）
ドレッサ切り込み量：粗ドレス ０．０３ｍｍ／パス
仕上げドレス ０．００５ｍｍ／パス
ドレッサ送り速度：粗ドレス １５０ｍｍ／分
仕上げドレス ８０ｍｍ／分
総ドレッシング量：０．７ｍｍ
(結果)
微細な総型形状の砥石であるにもかかわらず、高精度な形状にドレッシングすることが出来た。しかも長期間に渡って高精度なドレッシングが可能であった。ダイヤモンドロータリードレッサの柱状ダイヤモンドが脱落することはなかった。

（比較例１）
実施例１と同じサイズのダイヤモンドロータリードレッサを焼結法により製作した。超砥粒層にはコバルト系メタルボンド、砥粒は平均粒径が０．３ｍｍのメタルボンド用ダイヤモンドを用いた。そして実施例１と同様の条件で実験を行ったが、ダイヤモンドの脱落が顕著であり、高精度なドレッシングが出来なかった。

（実施例２）
以下のような本発明の実施例２の組み合わせ型の倣いドレッシング用のダイヤモンドロータリードレッサを製作した。

まず、鋼製の円盤状台金を準備し、その外周に柱状ダイヤモンドが仮に配置できるように突起部を機械加工により形成した。

次に、断面が一辺０．７ｍｍの正方形で、全長が２．５ｍｍの柱状の人工単結晶ダイヤモンドを準備し、その柱状ダイヤモンド一方の先端部にレーザービームを照射して先端部の開き角度θが２５°、先端部の丸みがＲ０．２ｍｍとなるようにレーザー加工を施した。

次に、台金の突起部にペースト状のロウ材を塗布し、レーザービームを照射して先端部の開き角度θが２５°、先端部の丸みがＲ０．２ｍｍとなるように加工を施した柱状ダイヤモンドをＲ部が台金外方を向くように１８０個を放射状に等間隔に配置した。

次に柱状ダイヤモンドを等間隔に配置した台金を真空雰囲気の炉に入れて、柱状ダイヤモンドを台金にロウ付けを行い、台金に仮固定を行った。

次に、柱状ダイヤモンドがロウ付けされた台金を前処理して、マスキングを行い、ニッケルめっきにより柱状ダイヤ、ロウ材および台金先端部を埋め込みを行い、柱状ダイヤモンドを完全に台金に固定した。

次に、余分なニッケルめっきを機械加工等で除去し、さらにダイヤモンドホイールを装着した工具研削盤を用いて、柱状ダイヤモンド部分を先端部の開き角度θ２５°、先端部の丸みＲ０．２ｍｍとなるように精度よく研削加工を行って図１から１０で示すダイヤモンドロータリードレッサー１を作製した。

以上のようにして、実施例２のダイヤモンドロータリードレッサ（外径１１０ｍｍ）を２個製作し、２個を組み合わせて倣いドレッシング用のダイヤモンドロータリドレッサを完成させた。この組み合わせ型ダイヤモンドロータリードレッサを用いてＷＡ砥石を倣いドレッシングしたところ、長期間に渡って高精度なドレッシングが可能であった。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、ダイヤモンドロータリードレッサ、または超砥粒ホイールに用いられる。

１ ダイヤモンドロータリードレッサー、１０ 台金、１１ 貫通孔、２０ 柱状ダイヤモンド、２１ ニッケルめっき、２５ 先端部。

Claims (8)

1. 台金と、前記台金に配置された柱状ダイヤモンドとを備えた超砥粒工具であって、
   前記柱状ダイヤモンドの表面が露出している先端部にはＲ０．０５ｍｍ〜Ｒ１ｍｍの丸みが設けられている、超砥粒工具。
2. 倣い加工に用いられる、請求項１に記載の超砥粒工具
3. 前記柱状ダイヤモンドの表面が露出している先端部には、開き角度が１０度〜３０度のテーパ部が設けられている、請求項１または２に記載の超砥粒工具。
4. 前記柱状ダイヤモンドの材質は、単結晶ダイヤモンドおよび多結晶ダイヤモンドの少なくとも一方を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の超砥粒工具。
5. 複数の前記柱状ダイヤモンドは、前記台金の円柱方向に沿って前記台金にロウ材で固定され、さらにニッケルめっきにより複数の前記柱状ダイヤモンド間の隙間が埋められて完全固定されている、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、超砥粒ホイールである、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、ロータリードレッサである、請求項１から５のいずれか１項に記載の超砥粒工具。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の超砥粒工具を製造する方法であって、
   前記台金の円柱方向に沿って複数の前記柱状ダイヤモンドを前記台金にロウ材で固定する工程と、
   複数の前記柱状ダイヤモンド間の隙間をニッケルめっきにより埋める工程とを備える、超砥粒工具の製造方法。

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