JP2020011325A

JP2020011325A - 電鋳砥石

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Publication number: JP2020011325A
Application number: JP2018134316A
Authority: JP
Inventors: 和好大里; Kazuyoshi Osato
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2020-01-23
Anticipated expiration: 2038-07-17
Also published as: JP7260971B2

Abstract

【課題】加工液の供給と排出を促進することができ、且つ研削効率の向上を図れる電鋳砥石を提供する。【解決手段】被加工物を研削加工する電鋳砥石１であって、肉厚が０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の円筒部２と、円筒部２の一方の端面２ａである加工面から他方の端面２ｂに向かって連続して延在し、円筒部２の内周面および外周面に開口する開口部４と、を有し、加工面としての一方の端面２ａ側から見たときに、一方の端面２ａの外周縁の全体を通過する仮想的な第１の円５の周方向の長さに対する、一方の端面２ａの外周縁の長さの占める割合が５０％以上８０％以下に設定され、第１の円５において開口部４を通過する部分の周方向の長さに対する、円筒部２の軸方向に沿った開口部４の高さの比が１．０以上４．３以下に設定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、電鋳砥石に関する。

従来、一方の端面が加工面である円筒部と、円筒部の他方の端面に接着された基台とを備える電鋳砥石が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の電鋳砥石では、円筒部にその内周面と外周面とを連通させる複数の開口部が設けられている。

特開２００２−３６１２３号公報

特許文献１の電鋳砥石では、円筒部の内周面と外周面とを連通させる開口部が多数設けられており、多数の開口部を介して加工液が流れるように構成されている。しかし、多数の開口部を設けた結果、加工面の面積が小さくなり研削効率が低下する問題があった。

一方で、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮやＳｉＣなどのセラミックス部材を研削加工すると、研削時に発生するセラミックスの加工屑が加工液と混じることで粘性の高い泥状物質が発生する。このとき、円筒部の開口部から泥状物質を効率的に排出できないと、円筒部の内部において加工屑の詰まりが発生する。その結果、研削効率の低下や、加工負荷の増大による砥石の破損が生じることがあった。特にＡｌＮは加工液中の水分と反応するとアルカリ性のアンモニアが発生する。アンモニアが加工屑や加工液と混濁した物質は、粘性が高く凝縮し易く開口部からの排出が良好に行えない場合があった。

本発明は、以上の点に鑑み、加工液の供給と排出を促進することができるとともに、研削効率の向上を図ることができる電鋳砥石を提供することを目的とする。

［１］上記目的を達成するため、本発明は、
被加工物を研削加工する電鋳砥石であって、
肉厚が０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の円筒部と、
前記円筒部の一方の端面である加工面から他方の端面に向かって連続して延在し、前記円筒部の内周面および外周面に開口する開口部と、を有し、
前記加工面側から見たときに、前記加工面の外周縁の全体を通過する仮想的な第１の円の周方向の長さに対する、前記加工面の外周縁の長さの占める割合が５０％以上８０％以下であり、
前記第１の円において前記開口部を通過する部分の周方向の長さに対する、前記円筒部の軸方向に沿った前記開口部の高さの比が１．０以上４．３以下であることを特徴とする。

本発明によれば、開口部が加工面としての一方の端面から他方の端面に向かって連続して延在している。これにより、開口部を介して加工液が電鋳砥石の内部に入り易くなるとともに、開口部を介して加工液が排出され易くなる。

さらに、本発明によれば、加工面側からみたときに、加工面の外周の全体を通過する仮想的な第１の円の周方向の長さに対する、加工面の外周縁の長さの占める割合を５０％以上８０％以下とし、第１の円において開口部を通過する部分の周方向の長さに対する、円筒部の軸方向に沿った開口部の高さの比を１．０以上４．３以下としている。これにより、加工面の面積と電鋳砥石の強度を確保しつつ、加工液の供給と排出がより一層促進される。また、研削加工により発生した加工屑と加工液が混ざることで粘性の高い泥状物質が発生する場合であっても、開口部を介して、加工液と共に泥状物質を容易に排出することができ、研削効率の向上を図ることができる。

［２］また、本発明においては、前記開口部は、前記円筒部の軸線に対して回転対称に２から４の何れかの個数設けることができる。開口部を２個から４個設ける場合には、回転対称とすることにより、開口部が回転対称となっていないものと比較して、電鋳砥石の回転バランスを向上させることができる。

［３］また、本発明においては、前記開口部が存在する前記円筒部の軸線に垂直な断面における前記外周面の全体を通過する仮想的な第２の円において前記開口部を通過する部分の周方向の長さが、前記仮想的な第１の円において前記開口部を通過する部分の周方向の長さよりも長いことが好ましい。本発明によれば、研削加工による磨耗によって電鋳砥石は加工面側から短くなっていくが、電鋳砥石が短くなっても、開口部の面積をある程度確保することができる。

［４］また、本発明においては、前記開口部の少なくとも一部を、前記円筒部の軸線に対して周方向に傾斜して延びるように構成することもできる。本発明によれば、加工面側から見たときの開口部の延びる方向を電鋳工具の回転方向とそろえることができるため、研削加工時に電鋳砥石にかかる衝撃を緩和し電鋳砥石の破損を抑制することができる。

［５］また、本発明においては、前記外周面および前記内周面における前記開口部を画定する輪郭線は、前記他方の端面側において曲線を有することが好ましい。本発明によれば、開口部を画定する輪郭線の他方の端部側が曲線を有するため、直線のみで輪郭線が構成されている場合と比較して、角部での応力集中が発生し難く、電鋳砥石の強度を向上させることができる。

第１実施形態の電鋳砥石を模式的に示す斜視図。第２実施形態の電鋳砥石を模式的に示す斜視図。第３実施形態の電鋳砥石を模式的に示す説明図。第４実施形態の電鋳砥石を模式的に示す説明図。第５実施形態の電鋳砥石を模式的に示す説明図。実施例および比較例の電鋳砥石を示す説明図。

図を参照して、本発明の実施形態の電鋳砥石を説明する。

［第１実施形態］
図１を参照して、第１実施形態の電鋳砥石１は、円筒状の円筒部２と、円柱状の基台３とを備える。円筒部２の一方の端面２ａは、開口していると共に被加工物と接触して研削加工する加工面として機能する。円筒部２の他方の端面２ｂは、基台３の一方の端面に接着されている。

円筒部２の肉厚は０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲に設定されている。円筒部２には、加工面としての一方の端面２ａから他方の端面２ｂに向かって連続して延在し、円筒部２の内周面および外周面に開口する１つの開口部４が設けられている。

円筒部２を一方の端面２ａ側である加工面側から見たときに加工面としての一方の端面２ａの外周縁の全体を通過する仮想的な円を第１の円５とする。加工面としての一方の端面２ａの外周縁の長さ（開口部４を除いた部分の周方向の長さ）は、第１の円５の円周の５０％以上、８０％以下に設定されている。一方の端面２ａの外周縁の長さを仮想的な第１の円５の５０％以上、８０％以下に設定することにより、被加工物に対する接触面積を一定程度増やすことができ研削効率の向上を図ることができる。

開口部４は、仮想的な第１の円５において開口部４を通過する部分の周方向の長さ（開口部４の一方の端面２ａ側の端部の周方向の幅）に対する、開口部４の電鋳砥石１の軸線方向の高さの比が１．０以上、４．３以下となるように設定されている。

このように構成することにより、電鋳砥石１の強度を確保しつつ、開口部４の十分な大きさが確保されるため、研削加工時において、開口部４を介した、加工液の供給や加工液と加工屑の排出を効率的に行うことができる。また、開口部４が軸線方向に縦長形状となり、電鋳砥石１の開口部４の軸線方向の長さが加工時の磨耗によって短くなっても、開口部４の開口面積をある程度広く維持することができ、電鋳砥石１の寿命を比較的長く確保することができる。

円筒部２における外周面および内周面での開口部４を画定する輪郭線は、他方の端面２ｂ側の端縁部分４ａにおいて曲線で形成されている。これにより、直線のみで開口部４を画定する輪郭線が構成された場合と比較して、角部での応力集中が発生し難く、電鋳砥石の強度を向上させることができる。

次に、本実施形態の電鋳砥石１の製造方法ついて説明する。

まず、ニッケルメッキ槽に＃２００ダイヤモンドを分散させ、金属基材にメッキ層を肉厚０．３ｍｍ〜１ｍｍで形成する。そして、金属基材を撤去して円筒状の円筒部２が形成される。

そして、円筒部２を円柱状の基台３に接着する。次に、円筒部２に開口部４を形成して、本実施形態の電鋳砥石１が完成する。

本実施形態の電鋳砥石１によれば、開口部４が加工面としての一方の端面２ａから他方の端面２ｂに向かって連続して延在しており、従来のように比較的小さい開口部が複数に分散されたものと比較して、１つの開口部４の大きさを比較的大きくすることができる。これにより、開口部４を介して加工液が電鋳砥石１の円筒部２の内部に入り易くなる。従って、電鋳砥石１の回転速度を速くしても被加工物の加工箇所へ加工液を適切に供給することができる。さらに、研削加工により発生した加工屑が加工液と混ざることにより粘性が高く凝集性のある泥状物質が発生する場合であっても、泥状物質が開口部４の内部に留まることなく大きな開口部４から排出され、研削効率の低下を抑制することができる。

［第２実施形態］
図２は、第２実施形態の電鋳砥石１を示している。第２実施形態の電鋳砥石１は、開口部４が２つである点を除き第１実施形態と同様に構成されている。２つの開口部４は、円筒部２が回転対称となるように周方向に等間隔で配置されている。開口部４を回転対称となるように設けることにより、開口部４が回転対称とならないように設けられている場合と比較して、電鋳砥石１を回転させたときの回転バランスを向上させることができる。

第２実施形態の電鋳砥石１によっても、第１実施形態と同様に、開口部４が加工面としての一方の端面２ａから他方の端面２ｂに向かって連続して延在しており、従来のように比較的小さい開口部が複数に分散されたものと比較して、１つの開口部４の大きさを比較的大きくすることができる。これにより、開口部４を介して加工液が電鋳砥石１の円筒部２の内部に入り易くなる。従って、電鋳砥石１の回転速度を速くしても被加工物の加工箇所へ加工液を適切に供給することができる。

［第３実施形態］
図３は、第３実施形態の電鋳砥石１を示している。第３実施形態の電鋳砥石１は、開口部４の周方向の幅が他方の端面２ｂに向かうに従って次第に大きくなっている領域を含む点を除き、第２実施系態と同様に構成されている。

開口部４の周方向の幅を他方の端面２ｂ側の端縁部分４ａに向かうに従って次第に大きくなるように構成されているということは、換言すれば、開口部４が存在する円筒部２の軸線に対して垂直な断面における円筒部２の外周面全体を通過する仮想的な第２の円６において、開口部４を通過する部分の周方向の長さが、仮想的な第１の円において開口部４を通過する部分の周方向の長さよりも長くなるように構成されているということができる。

開口部４の周方向の幅を他方の端面２ｂ側の端縁部分４ａに向かうに従って次第に大きくなるように構成することにより、電鋳砥石１が研削加工に伴う磨耗で短くなっていっても開口部４の開口面積をある程度広く維持することができ、電鋳砥石１の寿命を比較的長く維持することができる。

また、第３実施形態の電鋳砥石１によっても、第１実施形態と同様に、開口部４が加工面としての一方の端面２ａから他方の端面２ｂに向かって連続して延在しており、従来のように比較的小さい開口部が複数に分散されたものと比較して、１つの開口部４の大きさを比較的大きくすることができる。これにより、開口部４を介して加工液が電鋳砥石１の円筒部２の内部に入り易くなる。従って、電鋳砥石１の回転速度を速くしても被加工物の加工箇所へ加工液を適切に供給することができる。さらに、研削加工により発生した加工屑が加工液と混ざることにより粘性が高く凝集性のある泥状物質が発生する場合であっても、泥状物質が開口部４の内部に留まることなく大きな開口部４から排出され、研削効率の低下を抑制することができる。

［第４実施形態］
図４は、第４実施形態の電鋳砥石１を示している。第４実施形態の電鋳砥石１は、開口部４の他方の端面２ｂ側の端縁部分４ａが、開口部４の一方の端面２ａ側の周方向の幅よりも直径の大きな円形状に形成されている点を除き、第２実施形態と同様に構成されている。

開口部４の他方の端面２ｂ側の端縁部分４ａが、開口部４の一方の端面２ａ側の周方向の幅よりも直径の大きな円形状に形成されているということは、換言すれば、開口部４が存在する円筒部２の軸線に対して垂直な断面における円筒部２の外周面全体を通過する仮想的な第２の円６において、開口部４を通過する部分の周方向の長さが、仮想的な第１の円において開口部４を通過する部分の周方向の長さよりも長くなるように構成されているということができる。

開口部４の他方の端面２ｂ側の端縁部分４ａを、開口部４の一方の端面２ａ側の周方向の幅よりも直径の大きな円形状に形成することにより、電鋳砥石１が研削加工に伴う磨耗で短くなっていっても開口部４の開口面積をある程度広く維持することができ、電鋳砥石１の寿命を比較的長く維持することができる。

また、第４実施形態の電鋳砥石１によっても、第１実施形態と同様に、開口部４が加工面としての一方の端面２ａから他方の端面２ｂに向かって連続して延在しており、従来のように比較的小さい開口部が複数に分散されたものと比較して、１つの開口部４の大きさを比較的大きくすることができる。これにより、開口部４を介して加工液が電鋳砥石１の円筒部２の内部に入り易くなる。従って、電鋳砥石１の回転速度を速くしても被加工物の加工箇所へ加工液を適切に供給することができる。さらに、研削加工により発生した加工屑が加工液と混ざることにより粘性が高く凝集性のある泥状物質が発生する場合であっても、泥状物質が開口部４の内部に留まることなく大きな開口部４から排出され、研削効率の低下を抑制することができる。

［第５実施形態］
図５は、第５実施形態の電鋳砥石１を示している。第５実施形態の電鋳砥石１は、開口部４が電鋳砥石１の軸線に対して周方向に傾斜して延びるように構成されている点を除き、第２実施形態のものと同様に構成されている。

第５実施形態の電鋳砥石１によっても、第１実施形態と同様に、開口部４が加工面としての一方の端面２ａから他方の端面２ｂに向かって連続して延在しており、従来のように比較的小さい開口部が複数に分散されたものと比較して、１つの開口部４の大きさを比較的大きくすることができる。これにより、開口部４を介して加工液が電鋳砥石１の円筒部２の内部に入り易くなる。従って、電鋳砥石１の回転速度を速くしても被加工物の加工箇所へ加工液を適切に供給することができる。

さらに、研削加工により発生した加工屑が加工液と混ざることにより粘性が高く凝集性のある泥状物質が発生する場合であっても、泥状物質が開口部４の内部に留まることなく大きな開口部４から排出され、研削効率の低下を抑制することができる。また、一方の端面２ａ側から見たときの開口部４の延びる方向を電鋳工具１の回転方向と揃えることができるため、研削加工時に電鋳砥石にかかる衝撃を緩和し電鋳砥石１の破損を抑止することができる。

［実施例と比較例］
図６は、より具体的な実施例１〜９と比較例１〜３の寸法、および評価を示したものである。

実施例１〜９、比較例１〜３の電鋳工具１を用いて被加工物としての円盤状の炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体（直径３００ｍｍ、厚さ８ｍｍ）の表面に同心状の溝を研削加工し、総加工距離が２００ｍ、３００ｍのそれぞれに到達したときの電鋳工具１の破損、折損等の不具合の有無を確認し、不具合が発生していないものを良好と評価した。研削加工の条件は、実施例１〜９、比較例１〜３において切り込み速度、送り速度、周速が同じになるように設定した。

円筒部２は、軸方向の長さ２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ、に設定されている。実施例１〜７及び比較例１〜３では開口部４が１つ、実施例８では開口部４を２つ、実施例９では、開口部４を４つ設けている。

図６の実施例１〜９から加工面としての一方の端面２ａの外周縁の全体を通過する仮想的な第１の円５の周方向の長さ（Ｌ１）に対する一方の端面２ａの外周縁の長さ（Ｌ２）の割合が５０％以上８０％以下であり、且つ軸方向に沿った開口部４の高さ（Ｈ）を第１の円５において１つの開口部４を通過する部分の周方向の長さで割った値が１．０以上４．３以下であると、総加工距離が２００ｍに到達した時点であっても、電鋳砥石１に折れが発生するなどの不具合が生じず、電鋳工具１の寿命を十分確保できていることが分かる。その理由としては、１つずつの開口部４が切削屑を加工液と共に十分に排出することができるだけの大きさで形成されていることが考えられる。

一方で、比較例１に示されるようにＬ２／Ｌ１の割合が８０％を超えると開口部４から切削屑が十分に排出されず切削加工時に電鋳砥石１にかかる負荷が増大し、総加工距離が２００ｍに到達した時点で折損が発生した。また、比較例２に示されるように、開口部４の高さ（Ｈ）を第１の円５において１つの開口部４を通過する部分の周方向の長さで割った値が４．３を超えると、円筒部２の強度不足によって折損が発生した。さらに、比較例３に示されるように、開口部４の高さ（Ｈ）を第１の円５において１つの開口部４を通過する部分の周方向の長さで割った値が１．０を下回ると、開口部４を介して加工液が十分に供給されず、また、切削屑が加工液と共に十分に排出されないため、切削加工時に電鋳砥石１にかかる負荷が増大し、総加工距離が２００ｍに到達した時点で折損が発生した。

実施例２，４，７では、開口部４の高さ（Ｈ）を第１の円５において１つの開口部４を通過する部分の周方向の長さで割った値が相対的に小さく、総加工距離が３００ｍになる前に寿命に達した。

本実施例１〜９では、被加工物にＳｉＣ焼結体を用いたが、電鋳砥石１は、ＡｌＮ焼結体やＡｌ_２Ｏ_３焼結体を被加工物とする加工においても用いることができる。特にＡｌＮは加工液中の水分と反応するとアルカリ性のアンモニアが発生する。アンモニアが加工屑や加工液と混濁した物質は、粘性が高く凝集し易いため、開口部４からの排出が良好に行えない場合があるが、被加工物をＡｌＮ焼結体とした場合であっても実施例１〜９と同一条件で加工した場合に総加工距離が２００ｍを超えても折損等の不具合が発生しないことが確認された。

１電鋳砥石
２円筒部
２ａ一方の端面（加工面）
２ｂ他方の端部
３基台
４開口部
４ａ端縁部分
５仮想的な第１の円
６仮想的な第２の円

Claims

被加工物を研削加工する電鋳砥石であって、
肉厚が０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の円筒部と、
前記円筒部の一方の端面である加工面から他方の端面に向かって連続して延在し、前記円筒部の内周面および外周面に開口する開口部と、を有し、
前記加工面側から見たときに、前記加工面の外周縁の全体を通過する仮想的な第１の円の周方向の長さに対する、前記加工面の外周縁の長さの占める割合が５０％以上８０％以下であり、
前記第１の円において前記開口部を通過する部分の周方向の長さに対する、前記円筒部の軸方向に沿った前記開口部の高さの比が１．０以上４．３以下であることを特徴とする電鋳砥石。
請求項１に記載の電鋳砥石であって、
前記開口部は、前記円筒部の軸線に対して回転対称に２から４の何れかの個数設けられていることを特徴とする電鋳砥石。
請求項１又は請求項２に記載の電鋳砥石であって、
前記開口部が存在する前記円筒部の軸線に垂直な断面における前記外周面の全体を通過する仮想的な第２の円において前記開口部を通過する部分の周方向の長さが、前記仮想的な第１の円において前記開口部を通過する部分の周方向の長さよりも長いことを特徴とする電鋳砥石。
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の電鋳砥石であって、
前記開口部の少なくとも一部は、前記円筒部の軸線に対して周方向に傾斜して延びていることを特徴とする電鋳砥石。
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の電鋳砥石であって、
前記外周面および前記内周面における前記開口部を画定する輪郭線は、前記他方の端面側において曲線を有することを特徴とする電鋳砥石。