JP4167009B2 - 砥石 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，砥石にかかり，特に，砥粒を結合剤で固定して形成された砥石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，被加工物を研削加工等するために用いられる砥石は，硬質な砥粒と粉末状の結合剤とを混合し，この混合物を焼成若しくは結合させて製造されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来の砥石では，砥石内部の砥粒の分布は，砥粒と結合剤の混合状態や焼成・結合時の条件等に依存した確率論的なものとなり，その調整は非常に困難であった。このため，砥粒分布に所定の方向性を持たせることができないという問題があった。従って，砥粒の分布に加工方向や負荷方向に応じた方向性を持たせて，砥石の加工性能を向上させることができなかった。
【０００４】
また，砥石内で砥粒を略均一に分散させることが困難であるという問題があった。このため，砥粒分布にむらが生じ，砥石の加工精度を低下させる原因となっていた。さらに，集中度，気孔率，密度比等の砥石物性の制御も困難であるという問題もあった。
【０００５】
本発明は，従来の砥石が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，砥粒分布が方向性を有し，均一性・分散性も高く，砥石物性を容易に制御することも可能な，新規かつ改良された砥石を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，複数の砥粒を砥石作用面に対して略直列状に配列させた複数の柱状砥粒ユニットと、複数の柱状ユニットとを結合してなり、複数の柱状ユニットは中空細管であることを特徴とする，砥石が提供される。
【０００７】
かかる構成により，柱状砥粒ユニットは，複数の砥粒を相互に密接させながら所定方向に並べて配置することができる。このため，かかる柱状砥粒ユニットを複数結合して形成された砥石の内部では，砥粒分布に所定の方向性を持たせて，かかる方向に密度の高い状態で砥粒を分布させることができる。さらに，この砥粒分布の方向性が，加工面と干渉する砥石作用面に対して略垂直方向となるようにすることが好ましい。これにより，作用面に対して略垂直方向の加重に対する砥石の物性値が砥粒自体の物性値に近い高い値となるので，加工面への砥粒の切り込み易さを向上できる。一方，作用面に対して略水平方向の加重に対する砥石の物性値は，結合層の強度や砥粒間の密着力に依存する低い物性値になるので，砥粒が容易に剥離し，発刃作用が高まる。
【０００８】
また，上記柱状砥粒ユニットは，外皮細管と，外皮細管の内部に固定材料とともに詰め込まれた複数の砥粒と，からなる，如く構成すれば，外皮細管は砥粒および固定材料を周囲から被覆して，砥粒を好適に固定できる。このため，柱状砥粒ユニットは，砥粒分布の方向性を安定的に維持できる。また，固定材料は，結合剤，充填剤などとして機能し，外皮細管と砥粒の隙間若しくは砥粒相互間の隙間を埋めて，砥粒を固定することができる。
【０００９】
さらに，上記外皮細管は結合剤を含む，如く構成すれば，外皮細管を溶融させることで結合剤が生じ，この結合剤を用いて相隣接する柱状砥粒ユニット同士を結合できる。このため，複数の柱状砥粒ユニットを連結させて砥石を形成する際に，新たに結合剤を使わない，若しくは節約することができる。
【００１０】
また，上記複数の柱状砥粒ユニットは，セグメントに挿入されて結合される，如く構成すれば，セグメントは，挿入された柱状砥粒ユニットを固定する基台として機能する。このため，かかるセグメントに複数の柱状砥粒ユニットを挿入して固定することで，複数の柱状砥粒ユニットがセグメントを介して間接的に連結されるので，砥粒分布の方向性を有する砥石を容易に形成することができる。
【００１１】
さらに，上記複数の柱状砥粒ユニットは，上記セグメントに略均等に配置されるように構成すれば，柱状砥粒ユニットがセグメントに略等間隔で配置されるので，砥石全体での砥粒分布の均一性・分散性を得ることができる。
【００１２】
さらに，上記柱状砥粒ユニットは，上記セグメントに形成された貫通孔に挿入されて固定されるように構成すれば，柱状砥粒ユニットを貫通孔に挿入するだけで容易にセグメントに固定できる。さらに，複数の貫通孔を作用面と垂直方向に形成しておけば，複数の柱状砥粒ユニットを略同一の当該垂直方向に揃えて固定することが容易となる。
【００１３】
さらに，上記貫通孔は，複数の棒を埋め込んだ上記セグメントを焼成して当該棒を焼き消すことによって形成されるように構成すれば，上記貫通孔を容易かつ好適に形成できる。
【００１４】
また，上記複数の柱状砥粒ユニットと，複数の柱状ユニットとを，結合してなる，如く構成すれば，柱状砥粒ユニットが砥石内で主に砥粒層を構成するのに対し，柱状ユニットは，主に結合剤などからなり砥粒を含有しておらず，砥石内の結合層を構成することとなる。このため，砥石を構成する柱状砥粒ユニットと柱状ユニットの割合を調整することで，砥石内の砥粒の密度，即ち，集中度を容易に制御できる。また，柱状砥粒ユニットと柱状ユニットの配置を調整することで，砥石内の砥粒の分布態様を容易に制御できる。
【００１５】
さらに，複数の柱状ユニットは中空細管である，如く構成すれば，砥石は内部に複数の空隙を含有することができる。よって，砥石は，作用面上に気孔を備えることができるので，加工時に発生した切屑の排出性を向上することができる。また，砥石に含まれる柱状ユニットの割合を調整することで，砥石内の空隙を増減させて，砥石の気孔率を制御することもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
以下に，本発明の第１の実施形態にかかる砥石について説明する。
【００１８】
まず，図１に基づいて，本実施形態にかかる砥石の構成について説明する。なお，図１は，本実施形態にかかる砥石３０の構成を示す斜視図である。
【００１９】
図１に示すように，砥石３０は，砥粒層である複数の柱状砥粒ユニット１０と，結合層であるセグメント（基台）２０とから構成される。
【００２０】
柱状砥粒ユニット１０は，内部に複数の砥粒１２を例えば略直列的に配列して固定することで，砥粒１２の分布に例えば１つの方向性を持たせた略棒状，略針状または略繊維状の砥粒層である。この柱状砥粒ユニット１０は，本実施形態にかかる大きな特徴であり，詳細は後述する。
【００２１】
セグメント２０は，結合剤等からなる結合層であり，上記複数の柱状砥粒ユニット１０を固定する基台としての機能を有する。このセグメント２０を構成する結合剤（ボンド剤）は，例えば，フェノール樹脂，エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂等からなるレジンボンド，Ｃｕ，Ｎｉ等の金属粉末等からなるメタルボンド，双方を組み合わせたメタルレジンボンド，可溶性粘度等からなるビトリファイドボンド，または天然若しくは合成ゴム等からなるゴムボンドなどである。なお，図１に示すセグメント２０は，砥石３０全体に占める一部を例えば略直方体形状として模式的に表したものであり，セグメント２０は，かかる形状，大きさ等に限定されるものではない。
【００２２】
かかるセグメント２０は，例えば所定の方向に複数の貫通孔２２が形成されており，この貫通孔２２に挿入された柱状砥粒ユニット１０を保持・固定することができる。なお，この貫通孔２２は，柱状砥粒ユニット１０が好適に嵌合して固定されるように，柱状砥粒ユニット１０の径や形状などに応じて口径などが調整されている。
【００２３】
また，かかる貫通孔２２は，被加工物の加工面に対して（即ち，加工面と干渉する砥石３０作用面に対して），例えば略垂直な方向に形成されていることが好ましい。かかる構成により，セグメント２０は，複数の柱状砥粒ユニット１０をその長手方向が加工面に対して略垂直となるような方向で固定できる。このため，砥石３０内で複数の砥粒１２が加工面に対して略垂直方向の方向性を有して分布することができる。
【００２４】
ここで，かかる貫通孔２２をセグメント２０に形成する方法の例について説明する。まず，セグメント２０に，目的とする貫通孔２２に応じた形状の炭素などからなる棒（図示せず。）を複数埋め込み，次いで，セグメント２０を例えば焼成して，当該棒を焼き消す。これにより，当該棒が埋め込まれていた部分が空洞となり，セグメント２０に貫通孔２２を形成することができる。
【００２５】
次に，図１および図２に基づいて，本実施形態の特徴である柱状砥粒ユニットについて詳細に説明する。なお，図２は，本実施形態にかかる柱状砥粒ユニット１０を示す長手方向の断面図である。
【００２６】
図１および図２に示すように，柱状砥粒ユニット１０は，例えば，複数の砥粒１２と，固定材料１４と，外皮細管１６とから構成される。
【００２７】
砥粒１２は，例えば，炭化珪素（Ｃ，ＧＣ），アルミナ（Ａ，ＷＡ，ＰＡ，ＨＡＡＥ，ＡＺ，ＳＧ）等の一般砥粒や，ダイヤモンド（Ｄ，ＳＤ），立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）等の超砥粒などから構成される任意の研削材である。また，この砥粒１２の粒度も，粗粒，微粒を問わず，任意の粒度であってよい。
【００２８】
固定材料１４は，砥粒１２とともに外皮細管１６の内部に詰め込まれる充填剤であり，砥粒１２間の隙間若しくは砥粒１２と外皮細管１６との隙間を埋めることにより，上記砥粒１２を固定する機能を有する。この固定材料１６は，例えば，各種結合剤，二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤，コーティングに用いる補材，カーボン，ジルコニア，シリカ若しくはアルミナ等のフィラーからなる粉末若しくは固形物などの単体または混合物で構成される。
【００２９】
外皮細管１６は，例えば微細径の管状部材であり，内部に充填された砥粒１２および固定材料１４を被覆して保持する機能を有する。この外皮細管１６は，短手方向の断面形状が，図１に示すような例えば略円形状であるが，かかる例に限定されず，略方形，略多角形，略楕円など任意の形状であってもよい。また，かかる外皮細管１６は，例えば，ガラス，各種樹脂，金属類または各種の結合剤など任意の材料で構成可能であるが，砥粒１２との密着強度，砥粒１２に対する濡れ性および結合剤との密着性などを考慮して決定されることが好ましい。
【００３０】
また，上記外皮細管１６及び／又は固定材料１４（以下では，外皮細管１６等という。）の材質としては，ＳＤ，ＣＢＮなどをコーティング（被覆）してＳＤＣ，ＣＢＮＣ等のコーティング砥粒とするために用いられるコーティング材料（例えばニッケル，銅等）などを適用してもよい。これにより，外皮細管１６等を，砥粒１２の保持力を高めるための被覆剤として機能させることもできる。
【００３１】
以上のような構成の，柱状砥粒ユニット１０は，内部には複数の砥粒１２が相互に接触しながら密に並び，かかる砥粒１２群を固定材料１４および外皮細管１６が周囲から被覆して保持するような構造を有する。かかる構造により，複数の砥粒１２が例えば一方向（即ち，柱状砥粒ユニット１０の長手方向）に略直列状に配列されることとなる。このため，かかる柱状砥粒ユニット１０を複数連結させて砥石３０を形成することで，砥石３０内部の砥粒１２分布に方向性を持たせることができる。
【００３２】
また，このような柱状砥粒ユニット１０を製造する場合には，例えば，まず，ある程度の内径を有する中空の管（図示せず。）に上記砥粒１２および固定材料１４を詰め込む。次いで，この中空の管を上記のような外皮細管１６の太さとなるまで引き延ばして，例えば微細径の略棒状または略繊維状の連続した組織を形成する。さらに，この組織を任意の長さに切断するなどして，柱状砥粒ユニット１０が得られる。
【００３３】
かかる製造時においては，詰め込む砥粒１２と固定材料１４との混合比率，上記中空の管の形状（外径および内径等）または当該中空の管を引き延ばすときの絞り率（即ち，中空の管の径と，外皮細管１６の径との比）などを調整することが好ましい。これにより，砥粒１２径などに応じて，柱状砥粒ユニット１０の太さ若しくは形状，含まれる砥粒１２の割合，配列状態若しくは被覆状態などを制御することができる。
【００３４】
次に，図３に基づいて，本実施形態にかかる上記柱状砥粒ユニットおよびセグメントで構成された砥石の特徴について説明する。なお，図３は，本実施形態にかかる砥石３０の作用面（被加工物と干渉して加工面を例えば研削加工する面）を示す拡大平面図である。
【００３５】
図３に示すように，砥石３０は，複数の柱状砥粒ユニット１０が作用面に対して略垂直方向（即ち，図３では，紙面垂直方向）にセグメント２０に挿入されて固定されている。個々の柱状砥粒ユニット１０は上記のように内部の砥粒１２が所定の方向性を有して配列されているので，砥石３０全体としても砥粒１２の分布に所定の方向性（例えば，加工面に対して略垂直方向の方向性）を有することができる。
【００３６】
また，複数の柱状砥粒ユニット１０は，相互に所定の間隔を隔てて例えば均等に配置されており，その間には砥粒１２を含まないセグメント２０が存在している。このように，柱状砥粒ユニット１０を例えば略均等な間隔で配置することにより，研削加工を実行する砥粒１２を，砥石３０作用面内に例えば略均一に分散させることができる。即ち，砥石３０は，例えば作用面と略平行な方向には，砥粒１２の十分な均一性，分散性を有することとなる。よって，従来の砥石のように砥粒分布の密度差が原因で加工面位置によって研削量にむらが生ずることがなく，加工面全体を略均等に研削加工できる。
【００３７】
さらに，貫通孔２２を形成する位置によって柱状砥粒ユニット１０相互の間隔を調整することができるので，作用面における砥粒層と結合層の存在割合を容易に調整できる。また，上記のように，砥粒１２と固定材料１４との混合比によって柱状砥粒ユニット１０内部に含まれる砥粒１２の割合を増減することもできる。これらにより，砥石３０全体に占める砥粒１２の割合，即ち，集中度を制御することができる。従って，砥石３０作用面に露出する砥粒１２の粗密を調整することができ，砥石３０の加工性能を変化させることができる。
【００３８】
また，外皮細管１６等の材質を好適に選択することで，砥粒１２との密着強度，砥粒１２に対する濡れ性，およびセグメント２０と砥粒１２との密着性などを制御することもできる。例えば，上記のように，外皮細管１６等をコーティング材料で構成し，砥粒１２をコーティングすることで，セグメント２０と砥粒１２との密着性を高めることができる。これにより，砥粒１２の保持力がより強化されるとともに，砥石３０の耐熱性・放熱性を向上することもできる。
【００３９】
このように，砥石３０は，セグメント２０および外皮細管１６等を備えることによって，砥粒１２以外に例えば２以上の材料層を有することができる。このため，外皮細管１６等とセグメント２０の有する物性を，砥粒１２の保持性と切り離して付加することもできる。
【００４０】
次に，図４に基づいて，本実施形態にかかる砥石を用いた研削加工時における柱状砥粒ユニットの作用について説明する。なお，図４（ａ）は，鉛直荷重が作用した場合の柱状砥粒ユニット１０内の応力関係を示す説明図であり，図４（ｂ）は，水平荷重が作用した場合の柱状砥粒ユニット１０内の応力関係を示す説明図である。また，図４中で，太矢印は柱状砥粒ユニット１０に作用する負荷の方向を表し，細矢印は柱状砥粒ユニット１０内に作用する応力の方向を表す。
【００４１】
図４（ａ）に示すように，一端が被加工物４０に接触している柱状砥粒ユニット１０に鉛直荷重（長手方向の負荷）が働いた場合，柱状砥粒ユニット１０内部では，その長手方向に圧縮応力が作用する。この場合，砥粒１２同士が接触または極めて近接して荷重方向に略直列状に配置されているため，圧縮応力に対する柱状砥粒ユニット１０の物性値は，砥粒１２を構成する材料自体が有する物性値に近づくこととなる。
【００４２】
例えば，かかる物性値としてヤング率の例を挙げて説明すると，柱状砥粒ユニット１０全体としてのヤング率は，砥粒１２として例えばダイヤモンド砥粒を用いた場合には，ダイヤモンドのヤング率である例えば約１０００ＧＰａと同程度となる。また，砥粒１２として例えば一般砥粒を用いた場合でも，例えば数１００ＧＰａ程度を確保できる。このようなヤング率の値は，一般的な例えばガラスまたは金属等の結合剤のヤング率（例えば約数１０Ｇｐａ），レジンボンドのヤング率（例えば約数ＧＰａ）などに比べて，非常に高い値である。よって，柱状砥粒ユニット１０の長手方向の圧縮強度は，従来の砥石の圧縮強度と比して非常に大きいといえる。
【００４３】
このように，柱状砥粒ユニット１０は，鉛直荷重に対しては非常に硬質である。よって，かかる柱状砥粒ユニット１０で構成された砥石３０は，被加工物４０への押し込み変形に対する抗力が向上しており，結果的として，加工面に対する砥粒１２の切り込み性能を向上させることができる。
【００４４】
一方，図４（ｂ）に示すように，柱状砥粒ユニット１０の例えば下端部に水平荷重（短手方向の負荷）が働いた場合には，柱状砥粒ユニット１０内部では，その短手方向に剪断応力が作用する。かかる剪断応力は，例えば最下端の砥粒１２を固定材料１４および外皮細管１６から引き剥がす，若しくは，固定材料１４および外皮細管１６を破砕するよう作用する。この場合には，柱状砥粒ユニット１０の物性値は，固定材料１４および外皮細管１６自体の物性値，または，固定材料１４と砥粒１２の界面での密着力などに依存することとなり，上記鉛直荷重の場合とは全く異なった例えば低い物性値を取り得る。
【００４５】
このため，固定材料１４および外皮細管１６として，例えば，破砕性に優れた材料や，砥粒１２との密着強度の低い材料を用いれば，研削加工中に砥粒１２が容易に脱落して，発刃作用が活発になる。さらに，複数の砥粒１２が密接して配列されているので，下端の砥粒１２が脱落してもすぐに次の砥粒１２が作用面に露出することができ，発刃作用がより向上する。このような柱状砥粒ユニット１０の優れた発刃作用により，砥石３０の加工性能・加工精度が向上する。
【００４６】
このように，柱状砥粒ユニット１０を用いた砥石３０は，砥粒１２の分布に方向性があるので，負荷方向に応じて異なる物性値を実現することができる。即ち，砥石３０の物性が異方性を有する。従って，例えば，加工態様，加工方向，被加工物の種類および仕上げ形状などに応じて，かかる砥石３０物性の異方性を好適に調整することで，砥石３０は，砥粒１２を効率的かつ効果的に配置できるとともに，加工性能の向上を図ることができる。
【００４７】
次に，図５に基づいて，本実施形態にかかる柱状砥粒ユニットを適用した砥石の具体例について説明する。なお，図５（ａ）は，本実施形態にかかる柱状砥粒ユニット１０を適用したグラインダー用砥石３０ａを示す斜視図および刃先部分を拡大した説明図であり，図５（ｂ）は，本実施形態にかかる柱状砥粒ユニット１０を適用したブレード３０ｂを示す正面図および刃先部分を拡大した説明図である。
【００４８】
図５（ａ）に示すように，グラインダー用砥石（グライディングホイール）３０ａは，例えば平面研削装置（グラインダー）などに設けられる例えば略円筒状の研磨または研削用砥石であり，刃先部分に複数の柱状砥粒ユニット１０を備える。この複数の柱状砥粒ユニット１０は，例えばその長手方向が被加工物４０に対して略垂直となるような略同一の方向に，例えば略均等な間隔で配置されている。
【００４９】
かかる構成により，グラインダー用砥石３０ａ全体としては，内部に含まれる砥粒１２が加工面に対して略垂直方向の方向性を有することができるとともに，砥粒１２の均一性・分散性にも優れる。従って，グラインダー用砥石３０ａは，被加工物４０を好適に研削・研磨加工できる。
【００５０】
また，図５（ｂ）に示すように，ブレード３０ｂは，例えば，ダイシング装置などに設けられる略リング状の切削または切断加工用砥石であり，刃先部分に複数の柱状砥粒ユニット１０を備える。この複数の柱状砥粒ユニット１０は，例えば，それぞれの長手方向がブレード３０ｂの外周面に対して略垂直となるような方向（即ち，リング形状の法線方向）に，例えば略均等な中心角ごとに配置されている。従って，ブレード３０ｂ全体としては，刃先部分に含まれる砥粒１２が，外周面にかけて略放射状に広がるような方向性を有して分布することとなる。
【００５１】
かかる構成により，ブレード３０ｂを高速回転させて被加工物４０を切断加工する場合，加工点に至った砥粒１２は，上記図４で説明したのと同様な原理で，法線方向に対しては被加工物４０に好適に切り込める一方，接線方向の負荷によって容易に脱落する。従って，外周面の砥粒１２が効果的に被加工物４０を削り取ることができるので，ブレード３０ｂは被加工物４０を好適に切断加工できる。
【００５２】
（第２の実施の形態）
次に，本発明の第２の実施形態にかかる砥石３０について説明する。第２の実施形態にかかる砥石３０は，上記第１の実施形態にかかる砥石３０と比して，複数の柱状砥粒ユニット１０を結合させる態様が異なる点と，柱状ユニットを用いる点で相違するのみであり，その他の機能構成は第１の実施形態の場合と略同一であるので，その説明は省略する。
【００５３】
まず，図６に基づいて，本実施形態にかかる砥石の構成について説明する。なお，図６は，本実施形態にかかる砥石３０の構成を示す斜視図である。
【００５４】
図６に示すように，砥石３０は，第１の実施形態と略同一な構成の複数の柱状砥粒ユニット１０と，本実施形態の特徴である複数の柱状ユニット５０とから構成される。
【００５５】
柱状ユニット５０は，上記外皮細管１６と例えば略同一な形状および大きさを有する中空細管などであり，例えば内部に空隙を有する。この柱状ユニット５０の断面形状は，例えば上記外皮細管１６の断面形状と同様な，例えば，図６に示すような略円形状（ドーナツ型形状）である。また，柱状ユニット５０断面の内外径差は，必要とされる気孔の大きさに応じて決定されるが，例えば外皮細管１６の内外径差と略同一であるようにしてもよい。
【００５６】
また，この柱状ユニット５０は，上記外皮細管１６と同様に，ガラス，各種樹脂，金属類または上記各種の結合剤など，任意の材料で構成可能であるが，結合剤を含有することが好ましい。なお，この柱状ユニット５０は，上記柱状砥粒ユニット１０とは異なり，内部に砥粒１２を含有していない。
【００５７】
かかる柱状ユニット５０は，添加された結合剤，若しくは，自身が融解することにより生じた結合剤によって，複数の柱状砥粒ユニット１０を相互に結合する結合層として機能する。さらに，この柱状ユニット５０は，例えば中空であるので，砥石３０内部に空隙を提供して気孔５２を形成することもできる。
【００５８】
以上のような構成の複数の柱状ユニット５０と複数の柱状砥粒ユニット１０とを，それぞれの長手方向を揃えて束ね合わせて，例えば添加された結合剤によって相互に連結することで砥石３０が形成される。なお，かかる連結時には，結合剤を添加する代わりに，柱状砥粒ユニット１０の外皮細管１６および柱状ユニット５０の表面を溶融させ，例えば双方に含有されていた結合剤によって，相隣接する柱状ユニット５０および柱状砥粒ユニット１０同士を結合するようにしてもよい。これにより，結合剤を節約できるとともに，結合剤を双方のユニット間に添加する時間と労力を低減できるので，砥石３０の製造が容易かつ効率的になる。
【００５９】
また，砥石３０は，柱状砥粒ユニット１０および柱状ユニット５０の長手方向が加工面に対して略垂直となるように，作用面の方向を設定することが好ましい。これにより，柱状砥粒ユニット１０の内部に略直列状に配列された砥粒１２が，加工面に対して略垂直方向となるような方向性を有することができるので，上記図４で説明したような，砥石３０物性の異方性を実現でき，加工性能が高まる。
【００６０】
次に，以上のような構成の本実施形態にかかる砥石３０の特徴について，図７に基づいて説明する。なお，図７は，本実施形態にかかる砥石３０の作用面を示す拡大平面図である。
【００６１】
図７に示すように，砥石３０の作用面では，柱状砥粒ユニット１０および柱状ユニット５０の断面が，交互に例えば略同一のパターンで配置されている。このため，砥粒層である柱状砥粒ユニット１０が，砥石内３０で偏在することがなく，作用面全体では例えば略均等に分散して配される。従って，被加工物４０と干渉する砥粒１２が，作用面上において均一性・分散性を有することができる。
【００６２】
また，混合する柱状砥粒ユニット１０と柱状ユニット５０の本数を調整することで，作用面上の砥粒１２の密度を調整することができる。即ち，柱状砥粒ユニット１０に対する柱状ユニット５０の割合（以下では，柱状ユニット５０の混合割合という。）を増加させれば，砥粒１２の密度が低くなり，一方，柱状ユニット５０の混合割合を減少させれば，砥粒１２の密度が高くなる。かかる柱状ユニット５０の混合割合の調整と，上記のような砥粒１２と固定材料１４との混合比の調整とを組み合わせることにより，砥石３０の集中度を制御することができる。
【００６３】
さらに，柱状ユニット５０は中空であるので，砥石３０内に砥粒層と結合層の間の空隙である気孔（Ｐｏｒｅ）５２を形成できる。このため，かかる砥石３０による加工時には，作用面に露出した気孔５２が例えばチップポケットとして機能し，研削によって生じた切屑の排出性を高める（切屑の逃げを可能にする）ことができる。また，かかる気孔５２の存在密度である気孔率は，柱状ユニット５０の混合割合および内外径差を増減することで制御できる。また，かかる気孔５２の分布も，柱状ユニット５０の配置を調整することで制御できる。
【００６４】
以上のように，本実施形態にかかる砥石３０は，上記第１の実施形態にかかる砥石３０と同様に，砥粒３０分布に方向性を持たせ，砥粒１２を作用面上に均一に分散でき，砥石３０物性の異方性により効果的な加工を実現できる。さらに，本実施形態にかかる砥石３０は，砥石３０内に気孔５２を好適に形成できるとともに，気孔率，集中度などの砥石３０物性も容易に制御できる。
【００６５】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６６】
例えば，上記第１の実施形態では，略直方体形状（図１に示す。）を有するセグメント２０の例を挙げて説明したが，本発明はかかる例に限定されない。例えば，セグメント２０は，砥石３０の用途などに応じて，略平板状，湾曲した形状，部分的な切り欠きを有する形状など，任意の形状であってもよい。また，セグメント２０の貫通孔２２は，必ずしも略等間隔で形成されなくともよく，貫通孔２２の方向も任意の方向であってもよい。また，貫通孔２２の形成方法も上記方法に限定されない。また，セグメント２０に形成される孔は，貫通孔２２に限定されず，非貫通孔などであってもよい。
【００６７】
また，上記第１の実施形態では，セグメント２０に柱状砥粒ユニット１０を結合する場合，柱状砥粒ユニット１０を貫通孔２２に挿入して固定する方法を用いたが，本発明はかかる例に限定されない。例えば，貫通孔２２が形成されていない比較的軟質なセグメント２０を形成した上で，柱状砥粒ユニット１０を押し込むようにしてセグメント２０内部に挿入し，その後，焼成するなどして柱状砥粒ユニット１０とセグメント２０を結合させる方法などであってもよい。
【００６８】
また，上記第１の実施形態では，セグメント２０を用いて柱状砥粒ユニット１０を固定したが，本発明はかかる例に限定されない。例えば，複数の柱状砥粒ユニット１０を例えば所定間隔を空けて離隔させて配置した上で，かかる複数の柱状砥粒ユニット１０間に結合剤などを充填して焼成するなどして，柱状砥粒ユニット１０を結合層内に固定するようにしてもよい。
【００６９】
また，上記実施形態では，柱状砥粒ユニット１０を砥石３０全体に均等に配置して，砥粒１２分布の均一性・分散性を得たが，本発明は，かかる例に限定されない。例えば，砥石３０内で，ある部分には柱状砥粒ユニット１０を密に配置する一方，別の部分には柱状砥粒ユニット１０を粗に配置することで，砥石３０に含まれる砥粒１２の分布密度に敢えて差を設けてもよい。
【００７０】
また，上記実施形態にかかる柱状砥粒ユニット１０では，複数の砥粒１２は外皮細管１６内に例えば一列となって略直列状に配列されていたが，本発明はかかる例に限定されない。例えば，図８に示すように，砥粒１２が，外皮細管１６内に例えば２列，３列‥など複数列で略直列状に配列されていてもよい。かかる構成によっても，砥石３０全体としては，砥粒１２の分布に例えば所定方向の方向性を持たせることができる。
【００７１】
また，上記実施形態では，柱状砥粒ユニット１０は固定材料１４および外皮細管１６を有していたが，本発明はかかる例に限定されない。柱状砥粒ユニット１０は，複数の砥粒１２を略直列状に配列させて固定したものであればよく，例えば，図９に示すように，外皮細管１６を用いることなく，各種の樹脂１８内に砥粒１２を略直列状に並ぶように封じ込めて，例えば棒状，針状または繊維状の組織としたものであってもよい。
【００７２】
かかる別態様（図９）の柱状砥粒ユニット１０の製造方法について，具体例を挙げて説明する。上記別態様の柱状砥粒ユニット１０は，例えば，結合層を製造しうる２種類の樹脂溶液Ａ，Ｂを用いて，樹脂溶液Ａに砥粒１２を懸濁した後，他方の樹脂溶液Ｂ中に樹脂溶液Ａをノズルから押し出して製造することができる。また，例えば，砥粒１２を懸濁した未重合の樹脂溶液Ｃを，ノズルから空中に引き出しながら重合させて製造することもできる。なお，上記樹脂溶液は，例えば２液混合式のエポキシ樹脂やポリイミド等の熱硬化性合成樹脂を主原料としたものなどである。かかる製造方法では，樹脂溶液の混合濃度を変えることで，柱状砥粒ユニット１０に含まれる砥粒１２の割合や並び方・被覆状態を制御でき，また，押し出しノズル径を調整することで，柱状砥粒ユニット１０の形状を砥粒１２径などに応じて制御することができる。
【００７３】
また，上記実施形態では，柱状砥粒ユニット１０を適用した砥石３０の例としてグラインダー用砥石３０ａおよびブレード３０ｂについて説明したが，本発明はかかる例に限定されない。例えば，研削，研磨，切削または切断加工などを行うものであれば，任意の形状，大きさ，用途を有する各種の砥石３０であってもよい。また，グラインダー用砥石３０ａおよびブレード３０ｂに設けられた柱状砥粒ユニット１０の設置方向，設置位置は，図５に示した例に限定されない。
【００７４】
また，柱状ユニット５０の短手方向の断面形状は，図６のような略円形状に限定されず，略方形，略多角形，略楕円など任意の形状であってよい。また，柱状ユニット５０の内部の空隙も，任意の形状および径を有してもよく，また，１つの柱状ユニット５０に例えば複数の空隙が形成されていてもよい。さらに，柱状ユニット５０は，内部に空隙を延長形成する代わりに，全体を多孔質材料で形成し，砥石３０の気孔率を調整可能にしてもよい。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，砥石内の砥粒分布に方向性を持たせることができる。砥粒分布が加工面に対して略垂直な方向性を有することにより，砥石物性が加工状態に応じた好適な異方性を有するので，加工時において，砥粒の切り込み性能が高まるとともに，砥石の発刃作用が向上する。また，砥石内に砥粒を均一に分散させることができるとともに，略均一な気孔分布も得られる。さらに，集中度・気孔率などの砥石物性を容易に制御することもできる。以上により，砥粒を効率的かつ効果的に配することができるとともに，砥石の加工性能および加工品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は，第１の実施形態にかかる砥石の構成を示す斜視図である。
【図２】図２は，第１の実施形態にかかる柱状砥粒ユニットを示す長手方向の断面図である。
【図３】図３は，第１の実施形態にかかる砥石の作用面を示す拡大平面図である。
【図４】図４（ａ）は，鉛直荷重が作用した場合の柱状砥粒ユニット内の応力関係を示す説明図である。図４（ｂ）は，水平荷重が作用した場合の柱状砥粒ユニット内の応力関係を示す説明図である。
【図５】図５（ａ）は，第１の実施形態にかかる柱状砥粒ユニットを適用したグラインダー用砥石を示す斜視図および刃先部分を拡大した説明図である。図５（ｂ）は，第１の実施形態にかかる柱状砥粒ユニットを適用したブレードを示す正面図および刃先部分を拡大した説明図である。
【図６】図６は，第２の実施形態にかかる砥石の構成を示す斜視図である。
【図７】図７は，第２の実施形態にかかる砥石の作用面を示す拡大平面図である。
【図８】図８は，別の態様の柱状砥粒ユニットを示す長手方向の断面図である。
【図９】図９は，さらに別の態様の柱状砥粒ユニットを示す長手方向の断面図である。
【符号の説明】
１０ ： 柱状砥粒ユニット
１２ ： 砥粒
１４ ： 固定材料
１６ ： 外皮細管
２０ ： セグメント
２２ ： 貫通孔
３０ ： 砥石
３０ａ： グラインダー用砥石
３０ｂ： ブレード
４０ ： 被加工物
５０ ： 柱状ユニット
５２ ： 気孔

Claims (3)

1. 複数の砥粒を砥石作用面に対して略直列状に配列させた複数の柱状砥粒ユニットと、複数の柱状ユニットとを結合してなり、
   前記複数の柱状ユニットは中空細管であることを特徴とする，砥石。
2. 前記柱状砥粒ユニットは，外皮細管と，前記外皮細管の内部に固定材料とともに詰め込まれた前記複数の砥粒と，からなることを特徴とする，請求項１に記載の砥石。
3. 前記複数の柱状砥粒ユニットは，セグメントに挿入されて結合されることを特徴とする，請求項１又は２に記載の砥石。

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