JP3690994B2 - 電着工具の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基材表面に単層の砥粒層を形成した電着工具、とくに砥粒層の砥粒先端高さを均一にした電着工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超硬合金、セラミック、ガラス、半導体材料、鋳鉄、鋼など各種材料の研削や研磨などに、電着法により基材表面に砥粒層を形成した電着工具が使用されている。この電着工具は、総型形状、カップ形状、円盤形状などの基材を、ダイヤモンド砥粒、ｃＢＮ砥粒などの超砥粒を分散させたメッキ液内に浸漬し、基材に超砥粒を電着させて砥粒層を形成したものである。
【０００３】
このような電着工具は、砥粒を単層に固着させたものが一般的である。単層構造のものは、砥粒と砥粒の間にメッキ金属が析出することでメッキ金属により砥粒が強固に保持され、かつ砥粒の先端が十分に露出されていることから、切れ味が良い。しかしその反面、個々の砥粒の先端高さが不均一であることから生じる問題がある。
【０００４】
電着工具は砥粒電着工程で、篩による分級により得たほぼ均一な粒径の砥粒を使用しているが、砥粒形状が球形でないために電着後の砥粒の先端は不揃いになる。このため、電着工具の使用初期段階においては加工後の寸法精度や仕上げ面粗さが変動しやすいという特性がある。たとえば自動車部品などの高精度な加工では、工具を加工機械に取り付けてから暫く慣らし加工が必要になり、工具を取付け直後から使用することができないという問題がある。
【０００５】
このような問題に対して、電着後の砥粒層をツルーイングすることが提案されている。たとえば特開平５−２００６７０号公報には、ツルーイング車と砥石車とを相対的に接近させ、両者の接触位置を検知具で検知し、その接触位置を基準位置にしてツルーイング車の外周面と砥石車の基準円周面とを相対的に半径方向に所定量離隔させて、共に回転するツルーイング車と砥石車とを軸線方向に相対変位して両者の外周面を接触させツルーイングを行う方法が記載されている。
【０００６】
また、特開２０００−２３３３７０号公報には、砥石の使用に先だって砥粒の突き出し量を揃えて切刃を創成する初期ツルーイング工程と、被削材を研削したときの被削材の表面粗さが予め設定した上限値に達したときに再びツルーイングを施して切刃を創成する再ツルーイング工程とを含む電着砥石の研削加工方法が記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、砥石の使用前あるいは使用中に電着砥石をツルーイングすることが試みられてきたが、実際のツルーイングにおいて適正なツルーイング条件を見出すことが困難であるために、砥粒先端高さが揃わなかったり砥粒を目潰ししたりして安定性がなく、ツルーイングの効果が充分に発揮されていないのが実状である。
【０００８】
ツルーイングの際の切り込み量設定値は被削材の表面粗さを基準としていることから、１回の切り込み量が３〜４μｍ程度の微小なツルーイングを何回か繰り返し行うことになる。このような作業は、試験室レベルでは比較的容易に行うことができるが、実際の作業現場では、砥石の初期の電着状態によって１回の必要切り込み量が変動するために、何度も試行錯誤を繰り返さないと適正な切り込み設定量を決めることができず、結果として成り行きで切り込み量が設定されることになり、ツルーイングの効果が充分に発揮されないということになるのである。このような問題は円盤形回転砥石に限らず、他の形状の砥石を含む電着工具全般についていえることである。
【０００９】
本発明が解決すべき課題は、砥粒を単層に固着させた電着工具において、電着後の砥粒層の表面をコンディショニングすることにより砥粒の先端高さを均一にして、高精度の加工を可能にすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電着工具は、基材表面に単層の砥粒層を形成した電着工具であって、電着工程において固着が不完全であった砥粒が除去され、電着後の砥粒層の砥粒先端部が砥粒粒径の１０〜２０％に相当する高さ分だけ除去されていることを特徴とする。
【００１１】
上記の電着工具は、電着工程において固着が不完全な砥粒を除去して単層の砥粒層となし、この砥粒層の砥粒先端部を、砥粒先端高さを基準にして砥粒粒径の１０〜２０％に相当する高さ分だけ研削により除去することによって製造することができる。
【００１２】
固着が不完全な砥粒を除去した後の単層の砥粒層先端部を、砥粒先端高さを基準にして砥粒粒径の１０〜２０％に相当する高さ分だけ研削により除去することで、砥粒の先端高さを均一にすることができる。
【００１３】
電着後の砥粒層において砥粒の先端が不揃いになる原因は、不完全固着砥粒が残存することと、砥粒形状が球形でないために砥粒の長短径が不揃いであることによる。そこで本発明においては、まず、電着後の砥粒の間に残存する不完全固着砥粒を除去し、その後、砥粒先端部を研削除去することにより砥粒先端高さを均一にするものである。不完全固着砥粒を除去した後では、砥粒先端高さのばらつきは砥粒の長短径のばらつき範囲内となるので、一定量を研削除去することにより、ほとんどの砥粒の先端高さを均一にすることができる。
【００１４】
砥粒先端部の研削除去量は、砥粒粒径の１０〜２０％に相当する高さ分とするのが最適である。砥粒先端部の研削除去量が砥粒粒径の１０％相当分より少ないと、砥粒先端に鋭利な切刃や切刃の凹凸が部分的に残ることで工具使用による加工面の面粗さの変動が大きくなる。砥粒粒径の２０％相当分より多く砥粒先端部を研削除去すると、工具使用時の作用砥粒数や面積に比例して加工抵抗が増大し、その工具本来の性能が発揮できなくなる。砥粒先端部の研削除去量を前記の範囲とすることにより、工具の使用初期段階から安定した加工性能、面粗さを得ることができる。
【００１５】
ここで、砥粒先端部の研削を行う工具として、砥粒硬度の２５〜４０％の硬度を有する材料を用いることができる。たとえば、砥粒がダイヤモンド砥粒のときには研削工具の材料として緑色炭化珪素または白色アルミナを用い、砥粒が立方晶窒化硼素砥粒のときには研削工具の材料としてアルミナセラミックスを用いることにより、砥粒の切刃に損傷を与えることなく研削でき、しかも砥粒間に残存する不完全固着砥粒を確実に除去することができる。研削工具の材料の硬度が砥粒硬度の４０％より硬いと砥粒の切刃に損傷を与えて被加工物への切れ味不良となり、２５％より軟らかいと研削能が不足して砥粒先端部が不揃いとなることで被加工物の仕上げ面粗さが得られない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明における砥粒先端部の研削方法を説明するための模式図である。同図の（ａ）は電着後の砥粒層を示し、（ｂ）は不完全固着砥粒除去後に残存する不完全固着砥粒を示し、（ｃ）は適正量を研削した状態を示し、（ｄ）は研削量が多すぎた状態を示す。図中、１は研削工具の台金、２は砥粒層、３はメッキ金属、４はメッキ金属３に固着された砥粒、５，５ａは不完全固着砥粒である。
【００１７】
電着後の砥粒層２にはメッキ金属３に固着された砥粒４と不完全固着砥粒５，５ａとが存在する（図１の（ａ））。不完全固着砥粒５，５ａのうち、単純に砥粒４の間に挟まっただけの不完全固着砥粒５は洗浄やスクレーパなどの簡単な除去作業で除去することができる。しかし、一部がメッキ金属３に接した不完全固着砥粒５ａは簡単な除去作業では除去されずに残ることがある（図１の（ｂ））。この場合は、次の研削工程で除去することになる。
【００１８】
図１の（ｃ）は（ｂ）の状態から研削工具により砥粒４の先端部を、砥粒先端高さＨを基準にして砥粒４の粒径の１０〜２０％に相当する高さ分だけ研削により除去した状態を示す。研削除去量Ｒがこの範囲内であれば、砥粒４の先端に鋭利な切刃や切刃の凹凸が部分的に残ることなく、また砥粒４の切刃に損傷を与えることなく、大部分の砥粒４の先端高さを均一にすることができる。
【００１９】
図１の（ｄ）は（ｂ）の状態から研削工具により砥粒４の先端部を、砥粒先端高さＨを基準にして砥粒４の粒径の２０％に相当する高さ分より多く研削により除去した状態を示す。研削除去量Ｒが多すぎると、多くの砥粒４の先端が平坦となり、工具使用時の作用砥粒数や面積に比例して加工抵抗が増大し、その工具本来の性能が発揮できなくなる。
【００２０】
図２は本発明における砥粒先端部の研削方法の具体例を示す図で、（ａ）はロータリードレッサを用いる例を示し、（ｂ）はスティック状工具を用いる例を示す。
【００２１】
図２の（ａ）の場合は、ロータリー平面研削盤１０の回転軸に取り付けたロータリードレッサ１１により、回転テーブル１２上の回転砥石１３の砥粒層２の砥粒先端部を研削する。同図（ｂ）の場合は、静止状態で取り付けたスティック状工具１４により、回転テーブル１２上の回転砥石１３の砥粒層２の砥粒先端部を研削する。
【００２２】
〔試験例１〕
図２の（ａ）に示した方法により回転砥石１３の砥粒先端部の研削除去を下記の条件で行った。

【００２３】
上記により砥粒先端部を研削除去した回転砥石を使用して下記の条件で研削加工試験を行った。
・加工条件
加工機械：ＮＣ平面研削盤 ＮＳＰ−５０、主軸出力２．２ｋＷ
被加工物：ＳＣＭ４３５（ＨＲｃ４８）
研削速度：３０ｍ／ｓ
送り速度：５ｍ／ｍｉｎ
切り込み：１５０μｍ
研削幅：５０ｍｍ
研削油：ソリュブルタイプ（５０倍希釈）
測定器：工具動力計、表面粗さ計
【００２４】
加工試験結果を図３および図４に示す。図３において横軸は被加工物の累積研削量を表し縦軸は研削抵抗を表す。図中、（ａ）〜（ｄ）のプロットは研削除去量の（ａ）〜（ｄ）に対応している。なお図中には参考として、不完全固着砥粒の除去を行わなかった回転砥石を使用した加工試験結果を（ｅ）として示している。図４において横軸は砥粒先端部の研削条件別を表し縦軸は加工面の表面粗さを表す。棒グラフの左側は加工初期の表面粗さを示し右側は被加工物の累積研削量２３．５ｃｍ^３時点での表面粗さを示している。
【００２５】
図３と図４を総合した結果からわかるように、研削なし（（ａ））の場合は、加工初期においては砥粒先端凹凸のため切れ味がよく研削抵抗も低いが、被加工物の表面が粗くなる。加工が進むにつれ砥粒が磨耗して研削抵抗と面粗さは安定するが粗さ自体はまだ大きい。砥粒先端部の研削除去量が１０％および２０％（（ｂ）および（ｃ））の場合は、加工初期から安定した研削抵抗と良好な被加工物表面粗さが得られ、加工末期までその変動は小さい。研削除去量が３０％（（ｄ））の場合は、砥粒の切れ味が悪いため加工初期から研削抵抗が大きく、すぐに研削抵抗限界まで達する。加工後の被加工物には表面に研削焼け、むしれが発生し、表面粗さも加工初期は良好であるが加工末期は粗さが大きくなる。
【００２６】
〔試験例２〕
図２の（ｂ）に示した方法により回転砥石１３の砥粒先端部の研削除去を下記の条件で行った。

【００２７】
上記により砥粒先端部を研削除去した回転砥石を使用して試験例１と同じ条件で研削加工試験を行った。ダイヤモンド回転砥石についての試験結果を表１に、ｃＢＮ砥粒回転砥石についての試験結果を表２にそれぞれ示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
【表２】

【００３０】
表１および表２からわかるように、砥粒先端部の研削を行う工具として、砥粒硬度の２５〜４０％の硬度を有する材料を用いた場合は、砥粒の切刃に損傷を与えることなく研削でき、しかも砥粒間に残存する不完全固着砥粒を確実に除去することができ、この砥石を使用した被加工物の加工初期における研削抵抗の変化が小さく、かつ加工後の被加工物の表面粗さ変化も小さい。研削工具の材料の硬度が砥粒の硬度の４０％より硬いと砥粒の切刃に損傷を与えやすく、２５％より軟らかいと研削能が不足して所定の研削除去量が得られないだけでなく、砥石を使用した加工初期における研削抵抗の変化が大きく、かつ加工後の被加工物の表面粗さ変化も大きくなる。
【００３１】
なお、以上の実施形態は電着工具がカップ型回転砥石の場合の例であるが、本発明は他の形状の回転砥石はもちろん、スティック状の砥石、その他各種の加工用工具に適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
（１）電着工程において固着が不完全な砥粒を除去して単層の砥粒層となし、この砥粒層の砥粒先端部を適正な高さ分だけ研削により除去することにより、大部分の砥粒の先端高さを均一にすることができ、工具の使用初期段階から安定した加工性能、面粗さを得ることができる。
【００３３】
（２）砥粒先端部の研削を行う工具として、砥粒より軟質の材料、たとえば、砥粒がダイヤモンド砥粒のときには緑色炭化珪素または白色アルミナを、砥粒が立方晶窒化硼素砥粒のときにはアルミナセラミックスを用いることにより、砥粒の切刃に損傷を与えることなく研削でき、しかも砥粒間に残存する不完全固着砥粒を確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明における砥粒先端部の研削方法を説明するための模式図である。
【図２】 本発明における砥粒先端部の研削方法の具体例を示す図である。
【図３】 加工試験結果を示す図である。
【図４】 加工試験結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 台金
２ 砥粒層
３ メッキ金属
４ 固着砥粒
５，５ａ 不完全固着砥粒
１０ ロータリー平面研削盤
１１ ロータリードレッサ
１２ 回転テーブル
１３ 回転砥石
１４ スティック状工具
Ｈ 砥粒先端高さ
Ｒ 研削除去量

Claims (1)

1. 基材表面に単層の砥粒層を形成する電着工具の製造方法であって、砥粒が立方晶窒化硼素砥粒のときに、砥粒硬度の２５〜４０％の硬度を有するアルミナセラミックスを材料とした研削工具を用いて、電着工程において固着が不完全な砥粒を除去して単層の砥粒層となし、この砥粒層の砥粒先端部を、砥粒先端高さを基準にして砥粒粒径の１０〜２０％に相当する高さ分だけ研削により除去することを特徴とする電着工具の製造方法。

Images