JP3568446B2 - 電着砥石を用いた研削加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気メッキにより超砥粒を１砥粒層状態で台金上に固着させた電着砥石を用いた研削加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＢＮ砥粒或いはダイヤモンド砥粒などの超砥粒を電気メッキにより１砥粒層状態で台金上に固着させた電着砥石が知られている。このような電着砥石は、通常、台金上に析出されるメッキ金属が超砥粒間の隙間を埋めて成長させられ、そのメッキ金属が超砥粒をしっかりとつかむ厚み状態とされる。このようにして構成された電着砥石では、超砥粒がその先端を十分に露出した理想的状態で固着されていることから、ドレッシング不要で切れ味のよい砥石として、高能率研削や粗研削などに多用されている。
【０００３】
上記電着砥石は、超砥粒の姿勢や径のばらつきによってその超砥粒の突き出し量が揃っていないため、細かい面粗度が要求される精密研削の分野では用いることができず、また、砥粒層が１砥粒層状態であることから、他の種類の砥石に比較して寿命が短いという欠点があった。
【０００４】
本出願人は、先に出願した特願平１１−３５５６２に、上記欠点を解消した電着砥石の研削加工方法を記載した。この電着砥石の研削加工方法によれば、初期ツルーイング工程において、研削加工に先立って超砥粒の突き出し量を揃えて切刃が創成されることから、その後の研削工程において、被削材の面粗度のよい精密研削加工を行なうことができ、被削材の表面粗さが予め設定された上限値に到達した場合には、再ツルーイング工程において、被削材の表面粗さを細かくするためのツルーイングが電着砥石の研削面に再び施されるので、電着砥石の精密研削加工寿命を長くすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記先願の再ツルーイング工程においては、電着砥石の研削面に再度ツルーイングが施されれば、ツルーイング切込量に拘らず、電着砥石の加工寿命を長くするという目的は達成できることから、ツルーイング切込量については特に限定せず、実施例には、ツルーイング切込量が予め設定された一定値の場合を開示した。しかしながら、電着砥石の寿命を最大限に長くするためには、一度の再ツルーイング工程における切込量が可及的に少ないことが望まれる。
【０００６】
また、一般的に、研削加工時の消費電力値が大きいほど被削材の残留応力値が大きい、すなわち加工品位が低いことから、再ツルーイング後も研削加工時の消費電力値は増加しないことが望ましいが、上記先願の実施例において開示した方法では、再ツルーイングが行なわれる毎に消費電力値が増加してしまっていた。
【０００７】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであって、その目的とするところは、精密研削可能な砥石寿命を長くするために所定の再ツルーイングが行なわれる電着砥石を用いた研削加工方法において、砥石寿命を可及的に長くすること、または、加工品位を高品位に維持することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成するために種々検討を重ねた結果、再ツルーイングを繰り返し行なう際に、ツルーイング切込量を再ツルーイングの回数に応じて減らしていっても、その再ツルーイングが施された電着砥石により研削された被削材の面粗さは維持され、しかも次回の再ツルーイングまでの研削代断面積がツルーイング切込量を減らさない場合と同等であること、および、再ツルーイングにおけるツルーイングリードを速くしていくと、再ツルーイングの回数の増加に伴う消費電力値の上昇が抑えられることを見いだした。本発明はかかる知見に基づいて為されたものである。
【０００９】
【課題を解決するための第１の手段】
すなわち、前記目的を達成するための第１発明の要旨とするところは、所定の切込量のツルーイングが施されて超砥粒の突き出し量が揃えられた電着砥石を用いて被削材を研削する研削工程と、その研削工程の実行によって前記被削材の表面粗さが予め設定された上限値に到達する毎に、その表面粗さを再び細かくするために、前記電着砥石の研削面に所定の切込量および所定のリードのツルーイングを再び施して切刃を創成する再ツルーイング工程とを繰り返し実行する電着砥石を用いた研削加工方法であって、前記再ツルーイング工程における切込量を、前回のその再ツルーイング工程における切込量よりも減少させることにある。
【００１０】
【第１発明の効果】
このようにすれば、研削工程において研削される被削材の表面粗さが予め設定された上限値に到達した場合には、再ツルーイング工程において、電着砥石の研削面に所定の切込量および所定のリードのツルーイングが再び施されるが、その切込量が前回の再ツルーイング工程における切込量よりも減少させられるので、再ツルーイングの切込量が一定値である場合に比較して、被削材の仕上げ面粗さが維持されたまま電着砥石の寿命が長くなる。
【００１１】
【課題を解決するための第２の手段】
前記目的を達成するための第２発明の要旨とするところは、所定の切込量のツルーイングが施されて超砥粒の突き出し量が揃えられた電着砥石を用いて被削材を研削する研削工程と、その研削工程の実行によって前記被削材の表面粗さが予め設定された上限値に到達する毎に、その表面粗さを再び細かくするために、ロータリドレッサを用いて前記電着砥石の研削面に所定の切込量および所定のリードのツルーイングを再び施して切刃を創成する再ツルーイング工程とを繰り返し実行する電着砥石を用いた研削加工方法であって、前記再ツルーイング工程におけるリードを、前回のその再ツルーイング工程におけるリードよりも速くすることにある。
【００１２】
【第２発明の効果】
このようにすれば、研削工程において研削される被削材の表面粗さが予め設定された上限値に到達した場合には、再ツルーイング工程において、電着砥石の研削面に所定の切込量および所定のリードのツルーイングが再び施されるが、そのリードが前回の再ツルーイング工程におけるリードよりも速くさせられることから、再ツルーイングの回数の増加に伴う消費電力の上昇が抑えられるので、加工品位を高品位に維持できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一適用例に用いられる電着砥石１０を示す斜視図である。この電着砥石１０は、円板状を成す鋼（スチール）製の台金１２と、その台金１２の外周面においてたとえば粒度８０程度のＣＢＮ砥粒１４が１粒子層の厚みで電着により固着された研削面１６とを備えている。
【００１５】
図２は、本発明の電着砥石を用いた研削加工方法を説明する図であり、図３は、図２の研削加工方法における電着砥石の研削面の状態を説明する図であって、（ａ） は初期ツルーイング工程２０前の状態を示し、（ｂ） は初期ツルーイング工程２０後の状態を示し、（ｃ） は再ツルーイング工程２４後の状態を示している。図２において、ステップＳ１（以下ステップを省略する）の初期ツルーイング工程２０では、たとえばダイヤモンドロータリドレッサを用いて電着砥石１０に所定の切込量ΔＡでツルーイングを施す。なお、この初期ツルーイング工程２０での切込量ΔＡは、たとえば、次述する研削工程２２における被削材の表面粗さＲｚ（十点平均粗さ （μｍ））を２．５μｍ以下とするように設定される。
上記初期ツルーイングが施される前の研削面１６の状態は図３（ａ） に示されるように、ＣＢＮ砥粒１４のニッケルメッキ層１８の表面に対する突き出し量Ｂが揃っておらず、この状態で被削材を研削すると要求される面粗度が得られない。しかし、初期ツルーイングが施されると、図３（ｂ） に示されるように、ＣＢＮ砥粒１４の突き出し量Ｂが略一定に揃えられる。
【００１６】
続くＳ２の研削工程２２では、上記初期ツルーイング工程２０または後述するＳ４の再ツルーイング工程２４において突き出し量Ｂが略一定に揃えられた電着砥石１０を用いて図示しない被削材に対する研削加工が行なわれる。ＣＢＮ砥粒１４の突き出し量Ｂが略一定に揃えられているので、被削材の表面粗さＲｚ（＝十点平均粗さ（μｍ））がたとえば４．０μｍ以下となる精密研削が行なわれる。
【００１７】
上記研削工程２２による複数個の被削材に対する精密研削加工の実行によって、その被削材の表面粗さＲｚが予め設定された上限値たとえば４．０μｍに到達した場合には、続くＳ３において電着砥石１０が寿命であるか否かが判断される。この判断は、たとえば、電着砥石１０を回転駆動させるための消費電力値ｋＷが予め設定された値を越えたことに基づいて、或いは、ＣＢＮ砥粒１４の突き出し量Ｂが予め設定された所定値（たとえば３０μｍ）以下となったか否かに基づいて判断される。
【００１８】
上記Ｓ３の判断が肯定された場合には、その電着砥石１０による研削加工は終了させられるが、否定された場合には、続くＳ４の再ツルーイング工程２４において、被削材の表面粗さＲｚを再び細かくするために、所定の切込量ΔＣ（ΔＣ＜ΔＡ）且つ所定のリードＬ（ｍｍ／ｒ．ｏ．ｗ （ｒ．ｏ．ｗ＝ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｗｈｅｅｌ））の再ツルーイングが、電着砥石１０の研削面１６に対して施される。
【００１９】
この再ツルーイング工程２４のツルーイングは、切込量ΔＣが微小量に設定される所謂マイクロツルーイングであり、その切込量ΔＣは、研削面１６により加工される被削材の表面粗さＲｚを、上記予め設定された研削加工の上限値を十分に下回る値（たとえば２μｍ程度）にするために予め設定された値である。また、その切込量ΔＣは、前回の再ツルーイング工程２４における切込量ΔＣと同じかそれよりも小さい値に設定される。切込量ΔＣが前回の再ツルーイング工程２４における切込量ΔＣよりも小さい値とされると、切込量ΔＣが毎回同じ一定値である場合に比較して、電着砥石１０の寿命を長くすることができる。すなわち、電着砥石１０を有効に利用することができる。また、そのように再ツルーイングの回数が増加するにつれて切込量ΔＣを減少させても、被削材の表面粗さＲｚを十分に細かくすることができたのである。
【００２０】
再ツルーイングの回数が増加するにつれて切込量ΔＣを減少させることができる理由は以下のように考察できる。すなわち、砥粒先端からの深さ方向（ニッケルメッキ層１８方向）の距離が所定値（たとえば３０μｍ）である面で電着砥石１０を切断した場合の砥粒の面積を研削面の面積で除した値を砥粒面積率（％）とすると、前記研削工程２２において電着砥石１０が使用されるほど、その電着砥石１０の砥粒面積率は増加する。砥粒面積率が増加すると、少ない切込量ΔＣで多くの切刃が創成されるようになる。従って、再ツルーイングの回数が増加するにつれて切込量ΔＣを減少させることができるのである。
【００２１】
また、上記再ツルーイング工程２４におけるリードＬは、前回の再ツルーイング工程２４におけるリードＬと同じかそれよりも速い値に設定される。上記のように、再ツルーイングを行なうほど砥粒面積率は増加するため、消費電力値は大きくなる傾向にあるが、再ツルーイングにおけるリードＬを速くすると、消費電力値の増加が抑制できるのである。図４は、再ツルーイングにおけるＣＢＮ砥粒１４の破砕形態を、ツルーイングリードＬが遅い場合と速い場合とで対比して示す概念図であって、（ａ） はツルーイングリードＬが遅い場合であり、（ｂ） はツルーイングリードＬが速い場合である。図４に示すように、ツルーイングリードＬが速いほどＣＢＮ砥粒１４の破砕形態が大きくなるため、リードＬを速くすると、消費電力値の増加が抑制できるのである。
【００２２】
そして、上記Ｓ４の再ツルーイング工程２４が実行された後は、前述のＳ２の研削加工工程２２が再び実行される。
【００２３】
次に、再ツルーイングの回数が増加した場合に切込量ΔＣを減少させた、ツルーイング切込量試験について説明する。この試験は、粒度＃８０のＣＢＮ砥粒１４が電着された電着砥石を用い、研削加工初期の目標仕上げ面粗さＲｚを２μｍとして、以下に示す研削条件で精密研削加工を行ない、被削材の面粗度が４μｍとなると、以下に示すツルーイング条件で４度の再ツルーイングを行なったものである。なお、再ツルーイングにおける切込量ΔＣは、一回のパスにおける切込量は一定とし、そのパス回数を変更することによりトータル切込量を変更した。１回目および２回目の再ツルーイングではｐａｓｓ回数を３回とし、３回目の再ツルーイングではｐａｓｓ回数を２回とし、４回目の再ツルーイングではｐａｓｓ回数を１回とした。結果を図５乃至図６に示す。
【００２４】
（ツルーイング条件）
ツルアー：ＳＤ４０Ｑ７５Ｍ（φ６０×Ｕ１）
リード：０．１ｍｍ／ｒ．ｏ．ｗ
切込量ΔＣ：φ４μｍ／ｐａｓｓ×（１〜３）ｐａｓｓ
【００２５】
（研削条件）
ホイール（砥石）：ＣＢ８０ＰＡ５（Ｄ４０５ ×Ｔ２５ ×Ｈ１２７×Ｕ１０）
研削方式：湿式プランジ研削（ｕｐ ｃｕｔ）
被削材：ＳＣＭ４３５（ＨＲＣ４８）（φ６０×ｔ５）
砥石周速度：４５ｍ／ｓ
被削材周速度：０．４５ｍ／ｓ
切込速度：Ｚ’＝１０ｍｍ３ ／ｍｍ・ｓ
取代：研削代断面積＝１００ｍｍ２
スパークアウト：１０ｒｅｖ
研削液：ソリューブルタイプ ＳＡ１０００ＣＢ（×５０）
【００２６】
図５は、４度目の再ツルーイング後に被削材の仕上げ面粗さＲｚが４μｍになるまでの連続研削加工における、ホイール単位円周長さ当たりの研削代断面積に対する、被削材の仕上げ面粗さ（すなわち面粗度）Ｒｚの変化および消費電力値（ｋＷ）の変化を示す図である。
図５に示されるように、ともにパス回数が３回である１回目および２回目の再ツルーイングを比較すると、再ツルーイングを繰り返すと、再ツルーイング後の研削初期の仕上げ面粗さＲｚは細かくなり、消費電力値は高くなり、次回の再ツルーイングまでの研削代断面積すなわちツルーイングインターバルが長くなる傾向があることが分かる。消費電力値が高くなる傾向およびツルーイングインターバルが長くなる傾向は、パス回数を２回に減らした３回目の再ツルーイング、およびパス回数を１回に減らした４回目の再ツルーイングにも同様に認められる。なお、３回目の再ツルーイングおよび４回目の再ツルーイング後のツルーイングインターバルは、３回目および４回目の再ツルーイングにおけるパス回数を３回とした場合とほぼ同等であった。また、再ツルーイング後の研削初期の仕上げ面粗さＲｚも、パス回数が３回である１回目および２回目の再ツルーイング後と同程度の細かさが維持されている。
【００２７】
図６は、初期ツルーイング後および各再ツルーイング後にホイール単位円周長さ当たりの研削代断面積が０．７８６ｍｍ２ ／ｍｍとなるまで研削した後の、被削材の残留応力値を示す図である。図６に示されるように、いずれの場合も被削材表面には約５００ＭＰａの圧縮応力が働いており、被削材内部にも引張応力は見られない。
【００２８】
次に、再ツルーイングの回数が増加する毎にツルーイングリードＬを増加させたツルーイングリード試験について説明する。この試験は、前述のツルーイング切込量試験と同様の研削条件で被削材を一定量研削する毎に、以下に示すツルーイング条件で４回の再ツルーイングを行ないつつ被削材を連続研削加工したものである。各ツルーイングにおけるツルーイングリードＬは、初期ツルーイングから２回目の再ツルーイングまではツルーイング回数とともに速くし、その結果と比較するために、３回目の再ツルーイングにおいて初期ツルーイングのときと同じに戻し、４回目の再ツルーイングは３回目の再ツルーイングよりも速くした。すなわち、各ツルーイングにおけるツルーイングリードＬは、初期ツルーイングが０．０５（ｍｍ／ｒ．ｏ．ｗ）、１回目の再ツルーイングが０．１（ｍｍ／ｒ．ｏ．ｗ）、２回目の再ツルーイングが０．２（ｍｍ／ｒ．ｏ．ｗ）、３回目の再ツルーイングが０．０５（ｍｍ／ｒ．ｏ．ｗ）、４回目の再ツルーイングが０．１（ｍｍ／ｒ．ｏ．ｗ）である。
【００２９】
（ツルーイング条件）
ツルアー：ＳＤ４０Ｑ７５Ｍ（φ６０×Ｕ１）
リード：０．０５， ０．１， ０．２ｍｍ／ｒ．ｏ．ｗ
切込量ΔＣ：φ４μｍ／ｐａｓｓ×３ｐａｓｓ
【００３０】
上記のようにして行なった試験結果を図７乃至図９に示す。図７は、上記ツルーイングリード試験における、ホイール単位円周長さ当たりの研削代断面積に対する、被削材の仕上げ面粗さＲｚの変化および消費電力値（ｋＷ）の変化を示す図である。ツルーイングリードＬが一定である前述のツルーイング切込量試験では、図５に示されたように、再ツルーイング毎に消費電力値が上昇していたが、図７の初期ツルーイングから２回目の再ツルーイングまでに示されるように、ツルーイング毎にツルーイングリードＬを速めると消費電力値の上昇が抑えられる。また、３回目の再ツルーイングにおいてツルーイングリードＬを０．０５（ｍｍ／ｒ．ｏ．ｗ）に戻すと、ツルーイング後の初期仕上げ面粗さＲｚが再び細かくなっている。すなわち、ツルーイングリードＬにより仕上げ面粗さＲｚを制御できることが分かる。
【００３１】
図８は、上記ツルーイングリード試験における、砥粒面積率に対する、被削材の仕上げ面粗さＲｚの変化および消費電力値（ｋＷ）の変化を示す図である。図８に示されるように、再ツルーイング回数が増加するに従い砥粒面積率が増加するが、砥粒面積率が増加しても、消費電力値の上昇が抑えられていることが分かる。
【００３２】
図９は、初期ツルーイング後および各再ツルーイング後にホイール単位円周長さ当たりの研削代断面積が０．７８６ｍｍ２ ／ｍｍとなるまで研削した後の、被削材の残留応力値を示す図である。図９に示されるように、いずれの場合も被削材表面には圧縮応力が働いており、被削材内部にも引張応力は見られない。
【００３３】
上述のように、図２に示す研削加工方法によれば、研削工程２２において研削される被削材の表面粗さＲｚが予め設定された上限値に到達した場合には、再ツルーイング工程２４において、電着砥石１０の研削面１６に所定の切込量ΔＣおよび所定のリードＬのツルーイングが再び施されるが、その切込量ΔＣを前回の再ツルーイング工程２４における切込量ΔＣよりも減少させれば、再ツルーイングの切込量が一定値である場合に比較して、被削材の仕上げ面粗さＲｚを維持しつつ電着砥石の寿命を長くできる。
【００３４】
また、図２に示す研削加工方法によれば、研削工程２２において研削される被削材の表面粗さＲｚが予め設定された上限値に到達した場合には、再ツルーイング工程２４において、電着砥石１０の研削面１６に所定の切込量ΔＣおよび所定のリードＬのツルーイングが再び施されるが、そのリードＬを前回の再ツルーイング工程２４におけるリードＬよりも速くさせれば、再ツルーイングの回数の増加に伴う消費電力の上昇が抑えられるので、加工品位を高品位に維持できる。
【００３５】
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明は上記実施例とは別の態様においても実施できる。
【００３６】
たとえば、前述の実施例では、再ツルーイングの回数が増加した場合に、ツルーイングリードＬは一定として切込量ΔＣを減少させたツルーイング切込量試験、および、再ツルーイングの回数が増加する毎に、切込量ΔＣは一定としてツルーイングリードＬを増加させたツルーイングリード試験をそれぞれ説明したが、切込量ΔＣおよびツルーイングリードＬの双方を変更してもよい。すなわち、再ツルーイング工程２４における切込量ΔＣを、前回の再ツルーイング工程２４における切込量ΔＣよりも減少させ、且つ、ツルーイングリードＬを前回のツルーイングリードＬよりも速くしてもよい。また、たとえば表１に示すように、切込量ΔＣを前回の再ツルーイング工程２４よりも減少させることと、ツルーイングリードＬを前回の再ツルーイング工程２４よりも速くすることとを適宜組み合わせてもよい。このようにすれば、消費電力値の上昇を好適に抑制しつつ、電着砥石１０の精密研削可能な寿命を可及的に長くすることができる。
【００３７】
【００３８】
また、前述の実施例では、表面粗さは十点平均粗さＲｚにより判断されていたが、最大高さＲｙにより判断されてもよい。
【００３９】
また、前述の実施例では、ＣＢＮ砥粒１４の粒度は＃８０であったが、＃４０等他の粒度の砥粒が用いられてもよい。
【００４０】
また、前述の実施例では、砥石周速度は４５ｍ／ｓの普通周速であったが、たとえば２００ｍ／ｓ程度の高速周速であってもよい。
【００４１】
また、前述の実施例の電着砥石１０は、ＣＢＮ砥粒１４が電着された研削面１６を備えたものであったが、その研削面１６にはダイヤモンド砥粒が電着されていても差し支えない。
【００４２】
また、前述の実施例の電着砥石１０は、図１に示すような、円筒状の研削面１６を備えて円盤状に構成されていたが、その研削面１６は、総型砥石のように複雑な形状に構成されていてもよい。
【００４３】
また、前述の図２の再ツルーイング工程２４において、再ツルーイングのためにロータリドレッサが用いられていたが、ＣＢＮ砥粒１４の保持力に問題がなければブレード式などの他の形式のドレッサが用いられてもよい。
【００４４】
以上に説明したものはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の研削加工方法に用いられる電着砥石を示す斜視図である。
【図２】図１の電着砥石を用いた研削加工方法を説明する工程図である。
【図３】図２の研削加工方法における電着砥石の研削面の状態を説明する図であって、（ａ） は初期ツルーイング工程前の状態を示し、（ｂ） は初期ツルーイング工程後の状態を示し、（ｃ） は再ツルーイング工程後の状態を示している。
【図４】再ツルーイングにおけるＣＢＮ砥粒の破砕形態を、ツルーイングリードＬが遅い場合と速い場合とで対比して示す概念図であって、（ａ） はツルーイングリードＬが遅い場合であり、（ｂ） はツルーイングリードＬが速い場合である。
【図５】ツルーイング切込量試験における、ホイール単位円周長さ当たりの研削代断面積に対する、被削材の仕上げ面粗さＲｚの変化および消費電力値の変化を示す図である。
【図６】ツルーイング切込量試験において、初期ツルーイング後および各再ツルーイング後にホイール単位円周長さ当たりの研削代断面積が０．７８６ｍｍ２ ／ｍｍとなるまで研削した後の、被削材の残留応力値を示す図である。
【図７】ツルーイングリード試験における、ホイール単位円周長さ当たりの研削代断面積に対する、被削材の仕上げ面粗さＲｚの変化および消費電力値の変化を示す図である。
【図８】ツルーイングリード試験における、砥粒面積率に対する、被削材の仕上げ面粗さＲｚの変化および消費電力値の変化を示す図である。
【図９】ツルーイングリード試験において、初期ツルーイング後および各再ツルーイング後にホイール単位円周長さ当たりの研削代断面積が０．７８６ｍｍ２ ／ｍｍとなるまで研削した後の、被削材の残留応力値を示す図である。
【符号の説明】
１０：電着砥石
１４：ＣＢＮ砥粒（超砥粒）
２２：研削工程
２４：再ツルーイング工程
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気メッキにより超砥粒を１砥粒層状態で台金上に固着させた電着砥石を用いた研削加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＢＮ砥粒或いはダイヤモンド砥粒などの超砥粒を電気メッキにより１砥粒層状態で台金上に固着させた電着砥石が知られている。このような電着砥石は、通常、台金上に析出されるメッキ金属が超砥粒間の隙間を埋めて成長させられ、そのメッキ金属が超砥粒をしっかりとつかむ厚み状態とされる。このようにして構成された電着砥石では、超砥粒がその先端を十分に露出した理想的状態で固着されていることから、ドレッシング不要で切れ味のよい砥石として、高能率研削や粗研削などに多用されている。
【０００３】
上記電着砥石は、超砥粒の姿勢や径のばらつきによってその超砥粒の突き出し量が揃っていないため、細かい面粗度が要求される精密研削の分野では用いることができず、また、砥粒層が１砥粒層状態であることから、他の種類の砥石に比較して寿命が短いという欠点があった。
【０００４】
本出願人は、先に出願した特願平１１−３５５６２に、上記欠点を解消した電着砥石の研削加工方法を記載した。この電着砥石の研削加工方法によれば、初期ツルーイング工程において、研削加工に先立って超砥粒の突き出し量を揃えて切刃が創成されることから、その後の研削工程において、被削材の面粗度のよい精密研削加工を行なうことができ、被削材の表面粗さが予め設定された上限値に到達した場合には、再ツルーイング工程において、被削材の表面粗さを細かくするためのツルーイングが電着砥石の研削面に再び施されるので、電着砥石の精密研削加工寿命を長くすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記先願の再ツルーイング工程においては、電着砥石の研削面に再度ツルーイングが施されれば、ツルーイング切込量に拘らず、電着砥石の加工寿命を長くするという目的は達成できることから、ツルーイング切込量については特に限定せず、実施例には、ツルーイング切込量が予め設定された一定値の場合を開示した。しかしながら、電着砥石の寿命を最大限に長くするためには、一度の再ツルーイング工程における切込量が可及的に少ないことが望まれる。
【０００６】
また、一般的に、研削加工時の消費電力値が大きいほど被削材の残留応力値が大きい、すなわち加工品位が低いことから、再ツルーイング後も研削加工時の消費電力値は増加しないことが望ましいが、上記先願の実施例において開示した方法では、再ツルーイングが行なわれる毎に消費電力値が増加してしまっていた。
【０００７】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであって、その目的とするところは、精密研削可能な砥石寿命を長くするために所定の再ツルーイングが行なわれる電着砥石を用いた研削加工方法において、砥石寿命を可及的に長くすること、または、加工品位を高品位に維持することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成するために種々検討を重ねた結果、再ツルーイングを繰り返し行なう際に、ツルーイング切込量を再ツルーイングの回数に応じて減らしていっても、その再ツルーイングが施された電着砥石により研削された被削材の面粗さは維持され、しかも次回の再ツルーイングまでの研削代断面積がツルーイング切込量を減らさない場合と同等であること、および、再ツルーイングにおけるツルーイングリードを速くしていくと、再ツルーイングの回数の増加に伴う消費電力値の上昇が抑えられることを見いだした。本発明はかかる知見に基づいて為されたものである。
【０００９】
【課題を解決するための第１の手段】
すなわち、前記目的を達成するための第１発明の要旨とするところは、所定の切込量のツルーイングが施されて超砥粒の突き出し量が揃えられた電着砥石を用いて被削材を研削する研削工程と、その研削工程の実行によって前記被削材の表面粗さが予め設定された上限値に到達する毎に、その表面粗さを再び細かくするために、前記電着砥石の研削面に所定の切込量および所定のリードのツルーイングを再び施して切刃を創成する再ツルーイング工程とを繰り返し実行する電着砥石を用いた研削加工方法であって、前記再ツルーイング工程における切込量を、前回のその再ツルーイング工程における切込量よりも減少させることにある。
【００１０】
【第１発明の効果】
このようにすれば、研削工程において研削される被削材の表面粗さが予め設定された上限値に到達した場合には、再ツルーイング工程において、電着砥石の研削面に所定の切込量および所定のリードのツルーイングが再び施されるが、その切込量が前回の再ツルーイング工程における切込量よりも減少させられるので、再ツルーイングの切込量が一定値である場合に比較して、被削材の仕上げ面粗さが維持されたまま電着砥石の寿命が長くなる。
【００１１】
【課題を解決するための第２の手段】
前記目的を達成するための第２発明の要旨とするところは、所定の切込量のツルーイングが施されて超砥粒の突き出し量が揃えられた電着砥石を用いて被削材を研削する研削工程と、その研削工程の実行によって前記被削材の表面粗さが予め設定された上限値に到達する毎に、その表面粗さを再び細かくするために、ロータリドレッサを用いて前記電着砥石の研削面に所定の切込量および所定のリードのツルーイングを再び施して切刃を創成する再ツルーイング工程とを繰り返し実行する電着砥石を用いた研削加工方法であって、前記再ツルーイング工程におけるリードを、前回のその再ツルーイング工程におけるリードよりも速くすることにある。
【００１２】
【第２発明の効果】
このようにすれば、研削工程において研削される被削材の表面粗さが予め設定された上限値に到達した場合には、再ツルーイング工程において、電着砥石の研削面に所定の切込量および所定のリードのツルーイングが再び施されるが、そのリードが前回の再ツルーイング工程におけるリードよりも速くさせられることから、再ツルーイングの回数の増加に伴う消費電力の上昇が抑えられるので、加工品位を高品位に維持できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一適用例に用いられる電着砥石１０を示す斜視図である。この電着砥石１０は、円板状を成す鋼（スチール）製の台金１２と、その台金１２の外周面においてたとえば粒度８０程度のＣＢＮ砥粒１４が１粒子層の厚みで電着により固着された研削面１６とを備えている。
【００１５】
図２は、本発明の電着砥石を用いた研削加工方法を説明する図であり、図３は、図２の研削加工方法における電着砥石の研削面の状態を説明する図であって、（ａ） は初期ツルーイング工程２０前の状態を示し、（ｂ） は初期ツルーイング工程２０後の状態を示し、（ｃ） は再ツルーイング工程２４後の状態を示している。図２において、ステップＳ１（以下ステップを省略する）の初期ツルーイング工程２０では、たとえばダイヤモンドロータリドレッサを用いて電着砥石１０に所定の切込量ΔＡでツルーイングを施す。なお、この初期ツルーイング工程２０での切込量ΔＡは、たとえば、次述する研削工程２２における被削材の表面粗さＲｚ（十点平均粗さ （μｍ））を２．５μｍ以下とするように設定される。
上記初期ツルーイングが施される前の研削面１６の状態は図３（ａ） に示されるように、ＣＢＮ砥粒１４のニッケルメッキ層１８の表面に対する突き出し量Ｂが揃っておらず、この状態で被削材を研削すると要求される面粗度が得られない。しかし、初期ツルーイングが施されると、図３（ｂ） に示されるように、ＣＢＮ砥粒１４の突き出し量Ｂが略一定に揃えられる。
【００１６】
続くＳ２の研削工程２２では、上記初期ツルーイング工程２０または後述するＳ４の再ツルーイング工程２４において突き出し量Ｂが略一定に揃えられた電着砥石１０を用いて図示しない被削材に対する研削加工が行なわれる。ＣＢＮ砥粒１４の突き出し量Ｂが略一定に揃えられているので、被削材の表面粗さＲｚ（＝十点平均粗さ（μｍ））がたとえば４．０μｍ以下となる精密研削が行なわれる。
【００１７】
上記研削工程２２による複数個の被削材に対する精密研削加工の実行によって、その被削材の表面粗さＲｚが予め設定された上限値たとえば４．０μｍに到達した場合には、続くＳ３において電着砥石１０が寿命であるか否かが判断される。この判断は、たとえば、電着砥石１０を回転駆動させるための消費電力値ｋＷが予め設定された値を越えたことに基づいて、或いは、ＣＢＮ砥粒１４の突き出し量Ｂが予め設定された所定値（たとえば３０μｍ）以下となったか否かに基づいて判断される。
【００１８】
上記Ｓ３の判断が肯定された場合には、その電着砥石１０による研削加工は終了させられるが、否定された場合には、続くＳ４の再ツルーイング工程２４において、被削材の表面粗さＲｚを再び細かくするために、所定の切込量ΔＣ（ΔＣ＜ΔＡ）且つ所定のリードＬ（ｍｍ／ｒ．ｏ．ｗ （ｒ．ｏ．ｗ＝ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｗｈｅｅｌ））の再ツルーイングが、電着砥石１０の研削面１６に対して施される。
【００１９】
この再ツルーイング工程２４のツルーイングは、切込量ΔＣが微小量に設定される所謂マイクロツルーイングであり、その切込量ΔＣは、研削面１６により加工される被削材の表面粗さＲｚを、上記予め設定された研削加工の上限値を十分に下回る値（たとえば２μｍ程度）にするために予め設定された値である。また、その切込量ΔＣは、前回の再ツルーイング工程２４における切込量ΔＣと同じかそれよりも小さい値に設定される。切込量ΔＣが前回の再ツルーイング工程２４における切込量ΔＣよりも小さい値とされると、切込量ΔＣが毎回同じ一定値である場合に比較して、電着砥石１０の寿命を長くすることができる。すなわち、電着砥石１０を有効に利用することができる。また、そのように再ツルーイングの回数が増加するにつれて切込量ΔＣを減少させても、被削材の表面粗さＲｚを十分に細かくすることができたのである。
【００２０】
再ツルーイングの回数が増加するにつれて切込量ΔＣを減少させることができる理由は以下のように考察できる。すなわち、砥粒先端からの深さ方向（ニッケルメッキ層１８方向）の距離が所定値（たとえば３０μｍ）である面で電着砥石１０を切断した場合の砥粒の面積を研削面の面積で除した値を砥粒面積率（％）とすると、前記研削工程２２において電着砥石１０が使用されるほど、その電着砥石１０の砥粒面積率は増加する。砥粒面積率が増加すると、少ない切込量ΔＣで多くの切刃が創成されるようになる。従って、再ツルーイングの回数が増加するにつれて切込量ΔＣを減少させることができるのである。
【００２１】
また、上記再ツルーイング工程２４におけるリードＬは、前回の再ツルーイング工程２４におけるリードＬと同じかそれよりも速い値に設定される。上記のように、再ツルーイングを行なうほど砥粒面積率は増加するため、消費電力値は大きくなる傾向にあるが、再ツルーイングにおけるリードＬを速くすると、消費電力値の増加が抑制できるのである。図４は、再ツルーイングにおけるＣＢＮ砥粒１４の破砕形態を、ツルーイングリードＬが遅い場合と速い場合とで対比して示す概念図であって、（ａ） はツルーイングリードＬが遅い場合であり、（ｂ） はツルーイングリードＬが速い場合である。図４に示すように、ツルーイングリードＬが速いほどＣＢＮ砥粒１４の破砕形態が大きくなるため、リードＬを速くすると、消費電力値の増加が抑制できるのである。
【００２２】
そして、上記Ｓ４の再ツルーイング工程２４が実行された後は、前述のＳ２の研削加工工程２２が再び実行される。
【００２３】
次に、再ツルーイングの回数が増加した場合に切込量ΔＣを減少させた、ツルーイング切込量試験について説明する。この試験は、粒度＃８０のＣＢＮ砥粒１４が電着された電着砥石を用い、研削加工初期の目標仕上げ面粗さＲｚを２μｍとして、以下に示す研削条件で精密研削加工を行ない、被削材の面粗度が４μｍとなると、以下に示すツルーイング条件で４度の再ツルーイングを行なったものである。なお、再ツルーイングにおける切込量ΔＣは、一回のパスにおける切込量は一定とし、そのパス回数を変更することによりトータル切込量を変更した。１回目および２回目の再ツルーイングではｐａｓｓ回数を３回とし、３回目の再ツルーイングではｐａｓｓ回数を２回とし、４回目の再ツルーイングではｐａｓｓ回数を１回とした。結果を図５乃至図６に示す。
【００２４】
（ツルーイング条件）
ツルアー：ＳＤ４０Ｑ７５Ｍ（φ６０×Ｕ１）
リード：０．１ｍｍ／ｒ．ｏ．ｗ
切込量ΔＣ：φ４μｍ／ｐａｓｓ×（１〜３）ｐａｓｓ
【００２５】
（研削条件）
ホイール（砥石）：ＣＢ８０ＰＡ５（Ｄ４０５ ×Ｔ２５ ×Ｈ１２７×Ｕ１０）
研削方式：湿式プランジ研削（ｕｐ ｃｕｔ）
被削材：ＳＣＭ４３５（ＨＲＣ４８）（φ６０×ｔ５）
砥石周速度：４５ｍ／ｓ
被削材周速度：０．４５ｍ／ｓ
切込速度：Ｚ’＝１０ｍｍ３ ／ｍｍ・ｓ
取代：研削代断面積＝１００ｍｍ２
スパークアウト：１０ｒｅｖ
研削液：ソリューブルタイプ ＳＡ１０００ＣＢ（×５０）
【００２６】
図５は、４度目の再ツルーイング後に被削材の仕上げ面粗さＲｚが４μｍになるまでの連続研削加工における、ホイール単位円周長さ当たりの研削代断面積に対する、被削材の仕上げ面粗さ（すなわち面粗度）Ｒｚの変化および消費電力値（ｋＷ）の変化を示す図である。
図５に示されるように、ともにパス回数が３回である１回目および２回目の再ツルーイングを比較すると、再ツルーイングを繰り返すと、再ツルーイング後の研削初期の仕上げ面粗さＲｚは細かくなり、消費電力値は高くなり、次回の再ツルーイングまでの研削代断面積すなわちツルーイングインターバルが長くなる傾向があることが分かる。消費電力値が高くなる傾向およびツルーイングインターバルが長くなる傾向は、パス回数を２回に減らした３回目の再ツルーイング、およびパス回数を１回に減らした４回目の再ツルーイングにも同様に認められる。なお、３回目の再ツルーイングおよび４回目の再ツルーイング後のツルーイングインターバルは、３回目および４回目の再ツルーイングにおけるパス回数を３回とした場合とほぼ同等であった。また、再ツルーイング後の研削初期の仕上げ面粗さＲｚも、パス回数が３回である１回目および２回目の再ツルーイング後と同程度の細かさが維持されている。
【００２７】
図６は、初期ツルーイング後および各再ツルーイング後にホイール単位円周長さ当たりの研削代断面積が０．７８６ｍｍ２ ／ｍｍとなるまで研削した後の、被削材の残留応力値を示す図である。図６に示されるように、いずれの場合も被削材表面には約５００ＭＰａの圧縮応力が働いており、被削材内部にも引張応力は見られない。
【００２８】
次に、再ツルーイングの回数が増加する毎にツルーイングリードＬを増加させたツルーイングリード試験について説明する。この試験は、前述のツルーイング切込量試験と同様の研削条件で被削材を一定量研削する毎に、以下に示すツルーイング条件で４回の再ツルーイングを行ないつつ被削材を連続研削加工したものである。各ツルーイングにおけるツルーイングリードＬは、初期ツルーイングから２回目の再ツルーイングまではツルーイング回数とともに速くし、その結果と比較するために、３回目の再ツルーイングにおいて初期ツルーイングのときと同じに戻し、４回目の再ツルーイングは３回目の再ツルーイングよりも速くした。すなわち、各ツルーイングにおけるツルーイングリードＬは、初期ツルーイングが０．０５（ｍｍ／ｒ．ｏ．ｗ）、１回目の再ツルーイングが０．１（ｍｍ／ｒ．ｏ．ｗ）、２回目の再ツルーイングが０．２（ｍｍ／ｒ．ｏ．ｗ）、３回目の再ツルーイングが０．０５（ｍｍ／ｒ．ｏ．ｗ）、４回目の再ツルーイングが０．１（ｍｍ／ｒ．ｏ．ｗ）である。
【００２９】
（ツルーイング条件）
ツルアー：ＳＤ４０Ｑ７５Ｍ（φ６０×Ｕ１）
リード：０．０５， ０．１， ０．２ｍｍ／ｒ．ｏ．ｗ
切込量ΔＣ：φ４μｍ／ｐａｓｓ×３ｐａｓｓ
【００３０】
上記のようにして行なった試験結果を図７乃至図９に示す。図７は、上記ツルーイングリード試験における、ホイール単位円周長さ当たりの研削代断面積に対する、被削材の仕上げ面粗さＲｚの変化および消費電力値（ｋＷ）の変化を示す図である。ツルーイングリードＬが一定である前述のツルーイング切込量試験では、図５に示されたように、再ツルーイング毎に消費電力値が上昇していたが、図７の初期ツルーイングから２回目の再ツルーイングまでに示されるように、ツルーイング毎にツルーイングリードＬを速めると消費電力値の上昇が抑えられる。また、３回目の再ツルーイングにおいてツルーイングリードＬを０．０５（ｍｍ／ｒ．ｏ．ｗ）に戻すと、ツルーイング後の初期仕上げ面粗さＲｚが再び細かくなっている。すなわち、ツルーイングリードＬにより仕上げ面粗さＲｚを制御できることが分かる。
【００３１】
図８は、上記ツルーイングリード試験における、砥粒面積率に対する、被削材の仕上げ面粗さＲｚの変化および消費電力値（ｋＷ）の変化を示す図である。図８に示されるように、再ツルーイング回数が増加するに従い砥粒面積率が増加するが、砥粒面積率が増加しても、消費電力値の上昇が抑えられていることが分かる。
【００３２】
図９は、初期ツルーイング後および各再ツルーイング後にホイール単位円周長さ当たりの研削代断面積が０．７８６ｍｍ２ ／ｍｍとなるまで研削した後の、被削材の残留応力値を示す図である。図９に示されるように、いずれの場合も被削材表面には圧縮応力が働いており、被削材内部にも引張応力は見られない。
【００３３】
上述のように、図２に示す研削加工方法によれば、研削工程２２において研削される被削材の表面粗さＲｚが予め設定された上限値に到達した場合には、再ツルーイング工程２４において、電着砥石１０の研削面１６に所定の切込量ΔＣおよび所定のリードＬのツルーイングが再び施されるが、その切込量ΔＣを前回の再ツルーイング工程２４における切込量ΔＣよりも減少させれば、再ツルーイングの切込量が一定値である場合に比較して、被削材の仕上げ面粗さＲｚを維持しつつ電着砥石の寿命を長くできる。
【００３４】
また、図２に示す研削加工方法によれば、研削工程２２において研削される被削材の表面粗さＲｚが予め設定された上限値に到達した場合には、再ツルーイング工程２４において、電着砥石１０の研削面１６に所定の切込量ΔＣおよび所定のリードＬのツルーイングが再び施されるが、そのリードＬを前回の再ツルーイング工程２４におけるリードＬよりも速くさせれば、再ツルーイングの回数の増加に伴う消費電力の上昇が抑えられるので、加工品位を高品位に維持できる。
【００３５】
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明は上記実施例とは別の態様においても実施できる。
【００３６】
たとえば、前述の実施例では、再ツルーイングの回数が増加した場合に、ツルーイングリードＬは一定として切込量ΔＣを減少させたツルーイング切込量試験、および、再ツルーイングの回数が増加する毎に、切込量ΔＣは一定としてツルーイングリードＬを増加させたツルーイングリード試験をそれぞれ説明したが、切込量ΔＣおよびツルーイングリードＬの双方を変更してもよい。すなわち、再ツルーイング工程２４における切込量ΔＣを、前回の再ツルーイング工程２４における切込量ΔＣよりも減少させ、且つ、ツルーイングリードＬを前回のツルーイングリードＬよりも速くしてもよい。また、たとえば表１に示すように、切込量ΔＣを前回の再ツルーイング工程２４よりも減少させることと、ツルーイングリードＬを前回の再ツルーイング工程２４よりも速くすることとを適宜組み合わせてもよい。このようにすれば、消費電力値の上昇を好適に抑制しつつ、電着砥石１０の精密研削可能な寿命を可及的に長くすることができる。
【００３７】
また、前述の実施例では、表面粗さは十点平均粗さＲｚにより判断されていたが、最大高さＲｙにより判断されてもよい。
【００３９】
また、前述の実施例では、ＣＢＮ砥粒１４の粒度は＃８０であったが、＃４０等他の粒度の砥粒が用いられてもよい。
【００４０】
また、前述の実施例では、砥石周速度は４５ｍ／ｓの普通周速であったが、たとえば２００ｍ／ｓ程度の高速周速であってもよい。
【００４１】
また、前述の実施例の電着砥石１０は、ＣＢＮ砥粒１４が電着された研削面１６を備えたものであったが、その研削面１６にはダイヤモンド砥粒が電着されていても差し支えない。
【００４２】
また、前述の実施例の電着砥石１０は、図１に示すような、円筒状の研削面１６を備えて円盤状に構成されていたが、その研削面１６は、総型砥石のように複雑な形状に構成されていてもよい。
【００４３】
また、前述の図２の再ツルーイング工程２４において、再ツルーイングのためにロータリドレッサが用いられていたが、ＣＢＮ砥粒１４の保持力に問題がなければブレード式などの他の形式のドレッサが用いられてもよい。
【００４４】
以上に説明したものはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の研削加工方法に用いられる電着砥石を示す斜視図である。
【図２】図１の電着砥石を用いた研削加工方法を説明する工程図である。
【図３】図２の研削加工方法における電着砥石の研削面の状態を説明する図であって、（ａ） は初期ツルーイング工程前の状態を示し、（ｂ） は初期ツルーイング工程後の状態を示し、（ｃ） は再ツルーイング工程後の状態を示している。
【図４】再ツルーイングにおけるＣＢＮ砥粒の破砕形態を、ツルーイングリードＬが遅い場合と速い場合とで対比して示す概念図であって、（ａ） はツルーイングリードＬが遅い場合であり、（ｂ） はツルーイングリードＬが速い場合である。
【図５】ツルーイング切込量試験における、ホイール単位円周長さ当たりの研削代断面積に対する、被削材の仕上げ面粗さＲｚの変化および消費電力値の変化を示す図である。
【図６】ツルーイング切込量試験において、初期ツルーイング後および各再ツルーイング後にホイール単位円周長さ当たりの研削代断面積が０．７８６ｍｍ２ ／ｍｍとなるまで研削した後の、被削材の残留応力値を示す図である。
【図７】ツルーイングリード試験における、ホイール単位円周長さ当たりの研削代断面積に対する、被削材の仕上げ面粗さＲｚの変化および消費電力値の変化を示す図である。
【図８】ツルーイングリード試験における、砥粒面積率に対する、被削材の仕上げ面粗さＲｚの変化および消費電力値の変化を示す図である。
【図９】ツルーイングリード試験において、初期ツルーイング後および各再ツルーイング後にホイール単位円周長さ当たりの研削代断面積が０．７８６ｍｍ２ ／ｍｍとなるまで研削した後の、被削材の残留応力値を示す図である。
【符号の説明】
１０：電着砥石
１４：ＣＢＮ砥粒（超砥粒）
２２：研削工程
２４：再ツルーイング工程
Claims (2)
- 所定の切込量のツルーイングが施されて超砥粒の突き出し量が揃えられた電着砥石を用いて被削材を研削する研削工程と、該研削工程の実行によって前記被削材の表面粗さが予め設定された上限値に到達する毎に、該表面粗さを再び細かくするために、前記電着砥石の研削面に所定の切込量および所定のリードのツルーイングを再び施して切刃を創成する再ツルーイング工程とを繰り返し実行する電着砥石を用いた研削加工方法であって、
前記再ツルーイング工程における切込量を、前回の該再ツルーイング工程における切込量よりも減少させることを特徴とする電着砥石を用いた研削加工方法。 - 所定の切込量のツルーイングが施されて超砥粒の突き出し量が揃えられた電着砥石を用いて被削材を研削する研削工程と、該研削工程の実行によって前記被削材の表面粗さが予め設定された上限値に到達する毎に、該表面粗さを再び細かくするために、ロータリドレッサを用いて前記電着砥石の研削面に所定の切込量および所定のリードのツルーイングを再び施して切刃を創成する再ツルーイング工程とを繰り返し実行する電着砥石を用いた研削加工方法であって、
前記再ツルーイング工程におけるリードを、前回の該再ツルーイング工程におけるリードよりも速くすることを特徴とする電着砥石を用いた研削加工方法。
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