JP2019034356A

JP2019034356A - 回転砥石

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Publication number: JP2019034356A
Application number: JP2017155850A
Authority: JP
Inventors: 高志井上; Takashi Inoue; 敬水野; Takashi Mizuno; 大睦藤木; Hiromutsu Fujiki; 忠文太田; Tadafumi Ota
Original assignee: Nippon Resibon Corp
Current assignee: Nippon Resibon Corp
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2019-03-07
Anticipated expiration: 2037-08-10
Also published as: JP6963438B2

Abstract

【課題】研削能力が極めて高く、製造コストを低く抑えられるオフセット型の回転砥石１０を提供する。【解決手段】軸方向にオフセットされたオフセット基部１１を有する環状の回転砥石１０において、前記回転砥石１０における前記オフセット基部１１のオフセット方向とは反対側の面において、前記回転砥石１０の外周に沿って環状に拡がった外周研削部４２であって、その環の外径と内径との差を前記回転砥石１０の半径Ｒに対して０．２以上で且つ０．６以下とした外周研削部４２と、前記外周研削部４２に続いてその内周側おいて環状に拡がった内周研削部４３と、を設け、研削を行った際の摩耗量を被研削物の研削量で割った比を研削比としたとき、前記外周研削部４２に用いるＡ材料４４の研削比を前記内周研削部４３に用いるＢ材料４５の研削比よりも大きいものにする。【選択図】図１

Description

本発明は、中央がオフセットされた回転砥石に関するものである。

従来より、円盤状に形成された回転砥石や、またそのような回転砥石において中央部分がオフセットされたオフセット型回転砥石が研削、研磨に用いられている。

上記のような回転砥石では、回転の際の周速が中心からの距離に比例して大きくなるので、円盤の中心付近よりも周辺部とその近傍における研削能力が、砥石の性能を大きく左右する。なお、研削能力とは、被研削物の研削量を砥石の摩耗量で割った比のことをここでは意味する。

そこで、例えば特許文献１，２に示されるように、中心部から周辺部へ向かって連続的又は段階的に砥粒の含有率又は密度を増加させた砥石が考案されている。

実開昭６０−６８号公報実開昭４７−２９９９０号公報

特許文献１，２の回転砥石は、内周から外周にかけて砥粒の含有率又は密度が変化するが、内周と外周とで構成する材料は同じである。同一材料を用いる場合は、砥粒の含有率又は密度を最大限に増加させても研削能力に限界があり、回転砥石の最外周における研削能力が不十分な場合があることが考えられる。研削能力の高い砥粒の含有量を多くしすぎることによって製造にかかるコストが高くなることも危惧される。

また、内周から外周にかけて砥粒の量を漸増させるものでは、内周側で砥粒の量が少なくなるので、内周側の研削能力が低くなる。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、研削能力が極めて高く、しかも製造コストを低くした回転砥石を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明では、軸方向にオフセットされたオフセット基部を有する環状の回転砥石において、前記回転砥石における前記オフセット基部のオフセット方向とは反対側の面において、前記回転砥石の外周に沿って環状に拡がった外周研削部であって、その環の外径と内径との差が前記回転砥石の半径に対して０．２以上で且つ０．６以下である外周研削部と、前記外周研削部に続いてその内周側おいて環状に拡がった内周研削部と、を設け、被研削物の研削量を研削物の摩耗量で割った比を研削比としたとき、前記外周研削部に用いるＡ材料の研削比を前記内周研削部に用いるＢ材料の研削比よりも大きくした。

本発明に係る回転砥石では、研削に主として用いられる外周研削部に、研削能力の高いＡ材料を用い、その外周研削部の環の幅を、回転砥石の半径に対して０．２以上としたことから、Ａ材料の高い研削能力を発揮できる。また、外周研削部の環の幅を回転砥石の半径に対して０．６以下としたことから、研削能力の高いＡ材料を必要な領域にのみに用い、製造コストを低くすることができる。また、内周研削部にＢ材料を用い所定の研削能力を確保することができる。

一実施形態では、前記内周研削部は、前記外周研削部に続いてその内周側において環状に拡がった第１内周部であって、前記Ａ材料と前記Ｂ材料との混合材料が用いられている第１内周部と、前記第１内周部に続いてその内周側において環状に拡がった第２内周部であって、前記Ｂ材料のみが用いられる第２内周部とを設けた。

これによれば、前記内周研削部の外周に近い第１内周部で、Ａ材料とＢ材料との混合材料を用いることから、Ａ材料とＢ材料とで研削能力に差が大きい場合にも外周研削部と内周研削部との境界において研削能力が急変することを避けることが出来る。

一実施形態では、前記Ａ材料の研削比を２０以上且つ２５以下とし、前記Ｂ材料の研削比を５以上且つ１０以下とした。また、前記第１内周部は、外周側から内周側に向かって前記混合材料におけるＡ材料の含有率を漸次的に小さくするのが好ましい。

一実施形態では、前記回転砥石を使用した際における、被研削物の研削量を前記回転砥石の摩耗量で割った比を２０以上とした。

本発明によれば、使用頻度の高い外周研削部に研削能力の高い材料を使用し、研削能力が極めて高く、しかも製造コストを低くした回転砥石を提供できる。

研削層を配した面の方向から見た回転砥石の図である。回転砥石の断面図である。回転砥石の製造方法に用いる下型と上型とを示す図である。回転砥石の製造工程を示す図である。実施例に係る回転砥石の研削比を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

＜回転砥石の構成＞
図１及び図２は本発明の実施形態に係る回転砥石１０を示す。

回転砥石１０は、中心部分が軸方向にオフセットされた半径Ｒの環状に形成されており、中心部分がオフセットされた環状の基板２０と、基板２０上に補強用のガラスクロス３０を介して設けられた研削層４０とを備える。また、必要に応じて回転砥石１０を支持するためにパッド５０を用いてもよい。

基板２０は中心に孔が形成された円盤状に形成され、中心の孔周辺には軸心方向にオフセットされたオフセット基部１１が形成されている。基板２０の中心の孔は、グラインダの回転軸を取り付けるための取付孔２１であり、取付孔２１は芯金２２で補強されている。

基板２０の材料は多数の砥粒、砥粒を結合する結合剤としての熱硬化性樹脂、及び無機充填剤からなる。基板２０の砥粒の好ましい例としては、アランダム砥粒、アルミナ砥粒、炭化ケイ素砥粒等があげられる。熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。無機充填材としては、硫化鉄、硫酸カリウム、クリオライト、酸化カルシウム、塩化カリウム等をあげることができる。

基板２０に形成されたオフセット基部１１のオフセット方向とは反対側の面には、ガラス繊維からなる格子状のガラスクロス３０が設けられている。ガラスクロス３０は、回転砥石１０のオフセット基部１１を除いた基板２０表面全体を覆うように環状に形成されている。

基板２０のガラスクロス３０の上には、ガラスクロス３０が覆っている範囲を全面に亘って環状に覆うように研削層４０が設けられている。

研削層４０の表面には、必要に応じて、格子状の溝４１が形成されている。回転砥石１０で被研削物を研削する際には、回転砥石１０の面を被研削物の当接面に対して傾けて押しつけるが、このとき回転砥石１０は溝４１に沿って屈曲することにより撓む構成になっている。

研削層４０の材料は下記で明らかになるように、基板２０の材料と同様に多数の砥粒、砥粒を結合するための結合剤である熱硬化性樹脂、及び無機充填剤からなる。

研削層４０は、その外周に沿って幅ｗ_ｏｕｔで環状に拡がった外周研削部４２と、外周研削部４２に続いてその内周側に幅ｗ_ｉｎで環状に拡がった内周研削部４３とに分かれている。なお、内周研削部４３の内周よりも更に内周はオフセット基部１１となっており、研削には用いられない。

内周研削部４３を構成する材料には、例えば、アランダム砥粒、ホワイトアランダム砥粒、ガーネット、骨材等を用い、熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂、エポキシ樹脂等を用い、無機充填材料としてクリオライト等を用い、これらを混合したＢ材料４５が用いられる。このようなＢ材料４５は、回転砥石１０の研削層４０全体に用いたとき、被研削物の研削量を回転砥石１０の摩耗量で割った研削比が５〜１０となる。

外周研削部４２を構成する材料には、Ｂ材料４５に比べ、研削力が大きい砥粒を用いる。そのような材料として、例えば、砥粒としてジルコニア砥粒、セラミック砥粒、超砥粒等を用い、熱硬化性樹脂として、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を用い、無機充填材料としてクリオライト等を用い、これらを混合したＡ材料４４が用いられる。このようなＡ材料４４は、回転砥石１０の研削層４０全体に用いたとき、被研削材の研削量を回転砥石１０の摩耗量で割った研削比が２０〜２５となる。

内周研削部４３は、更に、内周研削部４３の外周に沿って幅ｄで環状に拡がった第１内周部４３ａと、第１内周部４３ａに続いてその内周側に環状に拡がった第２内周部４３ｂとに分かれている。第１内周部４３ａにおいては、Ａ材料４４とＢ材料４５とが混合されて用いられており、第１内周部４３ａの外周から内周に向かって、Ａ材料４４の含有率が漸次的に小さくなっている。第２内周部４３ｂにおいては、Ｂ材料４５のみが用いられている。

外周研削部４２に用いるＡ材料４４は、砥粒の研削力が大きく、摩耗量が少ないので、外周研削部４２は研削能力が高い。そのようなＡ材料４４は高価であることから、Ａ材料４４を用いる外周研削部４２の寸法ｗ_ｏｕｔを、回転砥石１０の研削能力を落とさない範囲で小さくすることがコスト面では望ましい。そのような寸法ｗ_ｏｕｔの好ましい大きさは、回転砥石の半径Ｒに対する比として表すと、Ｒ＝５０ｍｍ〜６３ｍｍの場合は、ｗ_ｏｕｔ／Ｒ＝０．２０〜０．４０、より好ましくは０．２４〜０．３６、更に好ましくは０．２７〜０．３１であり、Ｒ＝７５ｍｍ〜１１５ｍｍの場合は、ｗ_ｏｕｔ／Ｒ＝０．４０〜０．６０、より好ましくは０．４２〜０．５７、更に好ましくは０．４６〜０．５１である。

Ａ材料は内周研削部４３の第１内周部４３ａにも用いられる。第１内周部４３ａの寸法ｄは、好ましくはｄ／Ｒ＝０．０５〜０．４、より好ましくは０．１〜０．３、更に好ましくは０．１〜０．２である。内周研削部４３における内周部分も研削に使用する可能性がある場合は、ｄ＝ｗ_ｉｎとして、内周研削部４３全体に亘ってＡ材料が含まれるようにしてもよい。

＜回転砥石の製造方法＞
［金型］
図３は、回転砥石１０を製造するために用いる下型６０と上型７０とを示す。

下型６０は、製造する回転砥石１０の直径とほぼ同じ大きさの内径を有するリング部６１と、リング部６１の内側に設けられ中央部分が下方に窪んだ底部６２と、底部６２の中心に設けられた芯部６３とからなる。以上の構成によって、下型６０には内径の周辺部分が窪んだ環状凹部が形成される。

上型７０は、外径が下型６０のリング部６１内径とほぼ同じで、内径が下型６０の芯部６３の径とほぼ同じある環状凸部が下方に形成されている。上型の環状凸部の内径周辺は下型６０の底部６２の窪みに対応した形状に突出している。

以上の構成により、下型６０と上型７０とは雌雄一対の形状をなしている。

［製造工程］
図４は、回転砥石１０の製造工程を示す。

まず、砥粒と、熱硬化性樹脂及び無機充填剤の粉体とを混合した基板材料２３を基板成形用の下型６０の環状凹部に投入して成型する。

次に、成型した基板材料２３の上にガラスクロス３０を載せ、上型７０を降ろして加圧する。

加圧後、上型７０を上げて、ガラスクロス３０の上からＢ材料４５を、下型６０の環状凹部の内周壁を構成する芯部６３の側壁から外周方向へ幅ｗ_ｉｎ−ｄ／２に亘る環状の領域に投入する。

続いて、更にＡ材料４４を、下型６０の環状凹部において、リング部６１の側壁から内周方向へ幅ｗ_ｏｕｔ＋ｄ／２に亘る環状の領域に投入する。

上記のようにしてＡ材料とＢ材料とを投入した後に成型することで、下型６０のガラスクロス３０の上には、芯部６３周りにＢ材料からなる幅ｗ_ｉｎ−ｄの環状領域と、それに続く外周部分にＡ材料とＢ材料との混合材料からなる幅ｄの環状領域と、それに続く最外周部分にはＡ材料からなる幅ｗ_ｏｕｔの環状領域とが形成される。

次に、再び上型７０を降ろして加圧し、加圧後、樹脂硬化性樹脂粉末を加熱硬化させることで、環の幅ｗ_ｏｕｔの外周研削部４２と環の幅ｗ_ｉｎの内周研削部４３とからなる研削層４０が、基板２０上にガラスクロス３０を介して形成される。

最後に、中央の孔に芯金２２を取り付け、回転砥石１０を完成させる。

下記のように本発明に係る回転砥石を製造し、研削能力を検証するために評価実験を行った。

＜回転砥石＞
基板材料には、砥粒としてアランダム砥粒、熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂、無機充填材料としてクリオライトを用いた。また、Ａ材料には、砥粒としてセラミック砥粒、熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂、無機充填材料としてクリオライトを用い、Ｂ材料には、砥粒としてアランダム砥粒、熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂、無機充填材料としてクリオライトを用いた。

上記のＡ材料及びＢ材料は、それぞれを単独で回転砥石の研削層として用いたとき、Ａ材料の研削比は２０であり、Ｂ材料の研削比は５であった。

以上の基板材料、Ａ材料及びＢ材料を用いて、前述の製造工程に従い回転砥石を製造した。製造した回転砥石は、半径Ｒが５０．７ｍｍであり、このうちオフセット基部と取付孔との領域を除いた研削に使用可能な環状部分の寸法（外径と内径との差）は約３０ｍｍであった。また、外周研削部の寸法（外径と内径との差ｗ_ｏｕｔ）を９．１ｍｍ，１０．２ｍｍ，１２．２ｍｍ，１３．８ｍｍ，１５．６ｍｍ，１８．３ｍｍとし、６種類の回転砥石を製造した。

＜研削性能の評価実験＞
上記の回転砥石の研削性能の評価実験とその結果を示す。

研削性能の評価実験にあたっては、被研削材を幅６ｍｍの一般構造用圧延鋼材であるＳＳ４００として、グラインダ（１２，０００ｒｐｍ）を用いた。以上の条件の下、製造した６種類の回転砥石を用いてそれぞれ５分間研削を行った。

表１は、上記の評価実験で研削された被研削材の研削量（ｇ）と、回転砥石の摩耗量（ｇ）と、研削量を摩耗量で割った研削比とを示す。

表１によると、外周研削部の寸法ｗ_ｏｕｔが大きいほど、被研削材の研削量が大きく、回転砥石の摩耗量が小さく、また研削比が大きくなっている。すなわち、Ａ材料を用いた外周研削部の寸法ｗ_ｏｕｔを大きくすることによって、回転砥石全体の研削能力が高くなることを示している。特に、ｗ_ｏｕｔ＝１３．８ｍｍ，１５．６ｍｍ，１８．３ｍｍにおいて、研削比は２１を超えており、研削能力が極めて高い。

図５は、表１に示した研削比を、ｗ_ｏｕｔ／Ｒに対してプロットしたグラフである。

図５によると、ｗ_ｏｕｔ／Ｒ＝０．１８，０．２０，０．２４において研削比が１５以下であるのに対して、ｗ_ｏｕｔ／Ｒ＝０．２７においては研削比が２１．５、ｗ_ｏｕｔ／Ｒ＝０．３１及びｗ_ｏｕｔ／Ｒ＝０．３６では２２．７であり、研削比が非常に高くなっている。

回転砥石の高い研削能力を維持しつつも、製造のコスト面からＡ材料の使用量を少なくすることを考えると、外周研削部の寸法ｗ_ｏｕｔをｗ_ｏｕｔ／Ｒ＝０．２７とすることが、特に好ましいことがわかる。

本発明の回転砥石は、研削能力が極めて高く製造コストが低いので、産業上の利用可能性が高い。

１０回転砥石
１１オフセット基部
２０基板
２３基板材料
３０ガラスクロス
４０研削層
４２外周研削部
４３内周研削部
４３ａ第１内周部
４３ｂ第２内周部
４４Ａ材料
４５Ｂ材料
６０下型
６１リング部
６２底部
６３芯部
７０上型

Claims

軸方向にオフセットされたオフセット基部を有する環状の回転砥石において、
前記回転砥石における前記オフセット基部のオフセット方向とは反対側の面において、前記回転砥石の外周に沿って環状に拡がった外周研削部であって、外径と内径との差が前記回転砥石の半径に対して０．２以上で且つ０．６以下である外周研削部と、
前記外周研削部に続いてその内周側おいて環状に拡がった内周研削部と、を有し、
被研削物の研削量を研削物の摩耗量で割った比を研削比としたとき、前記外周研削部に用いるＡ材料の研削比が前記内周研削部に用いるＢ材料の研削比よりも大きいことを特徴とする回転砥石。
請求項１において、前記内周研削部は、
前記外周研削部に続いてその内周側において環状に拡がった第１内周部であって、前記Ａ材料と前記Ｂ材料との混合材料が用いられている第１内周部と、
前記第１内周部に続いてその内周側において環状に拡がった第２内周部であって、前記Ｂ材料のみが用いられる第２内周部と、を有する回転砥石。
請求項１又は請求項２において、
前記第１内周部は、外周側から内周側に向かって前記混合材料におけるＡ材料の含有率が漸次的に小さくなっており、
前記Ａ材料の研削比が２０以上で且つ２５以下であり、
前記Ｂ材料の研削比が５以上で且つ１０以下であることを特徴とする回転砥石。
請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
被研削物の研削量を前記回転砥石の摩耗量で割った比が２０以上であることを特徴とする回転砥石。