JP4290041B2 - メタルボンド砥石およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、台金に砥石チップを着脱自在に取り付けたメタルボンド砥石およびその製造方法に関する。

研削用あるいは研磨用の砥石として、円盤状台金の側面やカップ状台金の頂面、あるいは円筒状台金の外周面にセグメント型の砥石チップを取り付けた砥石が広く使用されている。通常このようなセグメント型砥石において、台金に対する砥石チップの取り付け方法としては、樹脂による接着、ハンダによる接着、ろう付けによる接着が行われている。しかし、樹脂による接着は、一般的に接着強度が不足する傾向にあり、また、ハンダやろう付けによる接着は、加熱による砥材層の性能変化や台金の歪みの問題があり、これらの問題を防止ないしは軽減するためには少なからぬコスト負担を必要とする。また、上記のような接着手段によらず、台金と砥材層を同時に焼結することにより一体成形する方法もある。しかし、この同時焼結方法は、台金と砥材層の組成に制約があり、また、砥材層が摩耗あるいは損傷した後の台金の再利用ができないという問題がある。

接着により台金に砥石チップを取り付けた場合は、台金の再利用が可能であるとはいうものの、実際の作業においては、台金に接着された砥石チップを台金から取り外すのは容易ではない。とくに、台金に多数の砥石チップが取り付けられている場合や砥石全体が大型の場合は、脱着作業は時間的にも労力的にも作業者の負担が大きい。

そこで、台金への砥石チップの取り付けを接着手段によらずに、ネジ結合手段により取り付けることが提案されている。たとえば特許文献１には、ボルト状またはナット状とした砥石チップを円盤状台金の側面にネジで結合したセグメント型砥石が開示されている。また特許文献２には、ラッパーロールのオンライン研削用砥石において、内筒台金へのセグメント砥石の固定方法として、焼成タイプのセグメント砥石にナットを事前に埋め込んでから焼成し、内筒台金の内側からセグメント砥石のナットをボルトで締結する方法を適用できるということが開示されている。
特開平９−２４８７６９号公報 特開平８−２５２７７２号公報

ネジ結合手段により砥石チップを台金に取り付けることにより、台金への砥石チップの着脱や台金の再利用が容易になり、また、各種の研削状況に応じた砥石の形成も容易になるという利点がある。しかしながら、上記の特許文献１に記載のネジ結合方法は、砥石チップの形状や配設が特別な場合のみに適用が限定され、汎用性に欠けるという問題がある。また特許文献２に記載のネジ結合方法では、セグメント砥石に埋め込んだナットの固定力が弱く、砥石の使用中にナットが緩んだり脱落したりするおそれがある。

すなわち、特許文献１に記載の砥石チップのネジ結合手段は、砥石チップを円盤状台金の側面に複数個配設するような形式の研削砥石に適用することを前提としており、個々の砥石チップ自体がボルト状またはナット状の形状をしており、しかも砥石チップは、ボルト状またはナット状の鉄系金属の本体の頂面に砥粒を固着させたものである。つまり、この砥石チップは、全体が砥材層からなるものではなく、鉄系金属の本体に従来と同様な砥粒固着手段により砥粒を固着させた特殊形状の小型砥石というべきものである。したがって、この特許文献１に記載のネジ結合手段を汎用の研削砥石に応用することはできない。

特許文献２に記載のネジ結合手段に関しては、同文献には詳細な結合方法についての記載がないが、セグメント砥石の焼成時にナットを埋め込む方式では、通常ナットの外周面は平滑であるので、セグメント砥石の砥材層とナット表面との間で強固な結合が得られない。また、ナットを袋ナット状にしたとしても、ナット自体にはネジ孔があるので、このネジ孔に砥材その他の異物が入り込むことが考えられ、ボルトによる完全な締結が得られるかどうか疑問がある。

本発明が解決すべき課題は、砥材層からなる砥石チップを台金にネジ結合するにあたり、砥材層に埋め込むネジの結合を強固なものとすることにある。

本発明のメタルボンド砥石は、台金にセグメント型の砥石チップを取り付けた砥石であって、前記砥石チップが、砥粒の結合材としてメタルボンドを使用した砥材層に、雄ネジが形成されたネジ棒の一部が埋め込まれた砥石チップであり、この砥石チップの前記ネジ棒が台金に形成されたネジ棒挿入孔に挿入されナットで締結されたメタルボンド砥石である。

また本発明のメタルボンド砥石の製造方法は、台金にセグメント型の砥石チップを取り付けた砥石の製造方法であって、砥粒の結合材としてメタルボンドを使用し、雄ネジを形成したネジ棒の一部を砥材層に埋め込んで成形し焼成して砥石チップを作成し、この砥石チップの前記ネジ棒を台金に形成したネジ棒挿入孔に挿入し、ナットで締結することを特徴とする。ここで、前記ネジ棒の少なくとも砥材層に埋め込まれる部分の外面に、前記メタルボンドの組成に応じた金属メッキを施すことが望ましい。

メタルボンドを使用した砥材層にネジ棒の一部を埋め込んで成形し焼成して砥石チップとすることにより、この砥石チップのネジ棒を台金に形成したネジ棒挿入孔に挿入し、ナットで締結することによって、砥石チップを強固に台金に結合することができる。砥石チップに埋め込まれるのはネジ棒であるので、埋め込まれたネジ棒が従来のナット埋め込みの場合のように緩んだり脱落したりするおそれはなく、台金への砥石チップの着脱も容易である。さらに、埋め込まれるネジ棒の外面に金属メッキを施すことにより、焼成時にメタルボンド中の金属とメッキ金属との化学反応によって、ネジ棒が砥粒層とより強固に結合される。

本発明に係る砥石は、ネジ結合により砥石チップを台金に取り付ける形式の砥石を前提としているので、本発明を実際に適用できるのは、台金にネジ棒挿入孔を形成することが可能で、かつ台金の砥石チップ取り付け面と反対側からナットによる締結が可能な台金を採用することができる砥石に限定される。このような砥石としては、たとえば、円盤状台金の側面やカップ状台金の頂面、円筒状台金の外周面に砥石チップを取り付ける形式の砥石が挙げられる。台金の材質についてはなんら限定されるものではなく、鉄、非鉄金属、セラミックス、樹脂のいずれであってもよい。

砥石チップは、従来のセグメント型の砥石チップと同様な形状の砥石チップを用いることができる。ただし、台金に取り付けるためのネジ棒を埋め込むために、その最小寸法については自ずから制約がある。砥材層を形成するための砥粒結合材はメタルボンドとする。通常メタルボンド砥材層は、成形後に焼成処理が行われるが、成形時にネジ棒を埋め込み、その状態で焼成することにより、ネジ棒が砥材層に強固に結合される。なお、ここでいう砥材層とは、同一組成の単層の砥材層はもちろん、異なる組成の複層の砥材層や下地層を有する砥材層も含むものとする。

砥石チップに埋め込むネジ棒は、チップ外に突出する部分が直棒状でさえあれば、埋め込まれる部分の形状はとくに限定されないが、材料の調達や埋め込みの作業性の点からは、直棒状ないしは頭部付きボルト状のものが適している。一つの砥石チップに埋め込むネジ棒の寸法および個数は、砥石チップの強度を損なうことなく、台金との結合力を保持でするだけの寸法と個数を設定する。ただし、ネジ棒の個数を多くしすぎると、台金に形成するネジ棒挿入孔の個数が多くなって台金の強度が低下し、製作コストも上昇するので、これらを総合的に勘案してネジ棒の個数を設定する。

さらにネジ棒の外面に、メタルボンドの組成に応じた金属メッキを施すことが望ましい。前述したように、メタルボンド砥材層は成形後に焼成処理が行われるので、砥材層に埋め込まれたネジ棒の外面に金属メッキが施されていると、焼成時にメタルボンド中の金属成分とメッキ層の金属成分とが化学的に反応して、ネジ棒が砥材層に強固に結合される。通常メタルボンドとしては銅、錫、鉄、ニッケルなどが用いられるので、メッキ金属として銅，錫，亜鉛，ニッケルなどを用いれば、焼成時に化学的な結合が得られる。ネジ棒の外面に金属メッキを施していない場合は、砥材層とネジ棒の間の結合は、両者の間の熱膨張率の差に基づく機械的なかしめ結合だけであるが、金属メッキを施すことにより、化学的結合が加わって強固な結合力が得られる。

図１は本発明の実施例における砥石の全体形状を示す斜視図で、（ａ）は正面側からみた図、（ｂ）は背面側からみた図である。図２は台金の全体形状を示す斜視図で、（ａ）は正面側からみた図、（ｂ）は背面側からみた図である。図３は砥石チップの全体形状を示す斜視図、図４は台金と砥石チップの結合部を示す部分拡大断面図である。

本実施例の砥石１０は、鉄板の表面を研磨するための砥石であり、カップ状の台金１１の頂面１２に、周方向に間隔をおいて２４個の砥石チップ２１がネジ結合により取り付けられている。台金１１は、外径５００ｍｍ、内径３００ｍｍ、頂面の幅１５ｍｍ、厚さ１００ｍｍの鉄製の台金である。台金１１の砥石チップ取り付け箇所には、ネジ棒挿入孔１３が設けられており、一つの砥石チップ２１には２本のネジ棒２３が埋め込まれているので、ネジ棒挿入孔１３の数は合計４８個である。ネジ棒挿入孔１３の頂面１２側は砥石チップ２１に埋め込まれたネジ棒２３の外径とほぼ同じ内径であるが、底面側は締結用のナット３１の外径よりやや大きい内径の段付き孔である。

砥石チップ２１は、後述する製造工程を経て製造されたものであり、ダイヤモンド砥粒を銅−錫系メタルボンドで結合したチップである。１個の砥石チップの大きさは、台金周方向の長さ４０ｍｍ、幅１０ｍｍ、高さ２０ｍｍで、台金１１の外周方向に湾曲した平面視形状が扇形のチップである。チップの製造過程で砥材層２２中に２本のネジ棒２３が埋め込まれている。ネジ棒２３は、その長さの約１／２が砥材層２２中に埋め込まれ、約１／２は突出している。この砥石チップ２１の突出したネジ棒２３を台金１１のネジ棒挿入孔１３に挿入し、台金１１の背面側からナット３１により締結する。ネジ棒２３は、外径５ｍｍ、長さ１０ｍｍの耐熱合金製ネジまたは耐熱鋼製ネジであり、表面には錫メッキが施されている。

図５は砥石チップの製造工程の概略を示す図である。砥石チップ２１の製造は、ネジ棒の埋め込みに関する作業以外については、一般のメタルボンド砥石の製造方法と基本的には変わらない。まず、型枠としての下枠４１に、２本のネジ棒２３の１／２長さを平行に埋め込む。つぎに、側枠４２（図では２個のみ示しているが、全部で４個ある）をセットする（図５の（ａ））。つぎに、型枠内に砥粒とメタルボンド粉末の混合物からなる砥材層原料４３を充填し（図５の（ｂ））、上枠４４で圧縮成形しながら焼結する（図５の（ｃ））。最後に型枠を取り外して砥石チップ２１が完成する（図５の（ｄ））。なお、ネジ棒として本実施例では直棒状のネジ棒２３を用いているが、図６に示すような頭部付きボルト状のネジ棒２４を用いてもよい。

以上のように本実施例の砥石１０は、砥材層２２にネジ棒２３の一部を埋め込んで成形し焼成した砥石チップ２１のネジ棒２３を、台金１１に形成したネジ棒挿入孔１３に挿入し、ナット３１で締結することによって、砥石チップ２１を強固に台金１１に結合することができる。また、ネジ棒２３の外面には錫メッキが施されているので、砥材層２２の焼成時にメタルボンド中の銅とメッキ金属の錫との化学反応によって、ネジ棒２３が砥材層２２に強固に結合される。台金１１への砥石チップ２１の着脱や台金１１の再利用も容易である。

以上、本発明をカップ状の台金に平面視形状が扇形の砥石チップを取り付けたカップ型砥石に適用した実施例について説明したが、本発明に係る砥石はカップ型砥石に限らず、ストレート型や円筒型などの砥石に広く適用することができる。また、砥石チップの製造方法も、ネジ棒の埋め込みに関する作業以外については、従来のメタルボンド砥石の製造方法を応用することができる。

本発明の実施例における砥石の全体形状を示す斜視図で、（ａ）は正面側からみた図、（ｂ）は背面側からみた図である。 図１の砥石の台金の全体形状を示す斜視図で、（ａ）は正面側からみた図、（ｂ）は背面側からみた図である。 図１の砥石の砥石チップの全体形状を示す斜視図である。 図１の砥石の台金と砥石チップの結合部を示す部分拡大断面図である。 図３の砥石チップの製造工程を示す図である。 ネジ棒の別の形状例を示す図である。

符号の説明

１０ 砥石
１１ 台金
１２ 頂面
１３ ネジ棒挿入孔
２１ 砥石チップ
２２ 砥材層
２３，２４ ネジ棒
３１ ナット
４１ 下枠
４２ 側枠
４３ 砥材層原料
４４ 上枠

Claims (3)

1. 台金にセグメント型の砥石チップを取り付けた砥石であって、前記砥石チップが、砥粒の結合材としてメタルボンドを使用した砥材層に、雄ネジが形成された耐熱合金または耐熱鋼からなるネジ棒の雄ネジが形成された部分が埋め込まれて成形され焼成された砥石チップであり、この砥石チップの前記ネジ棒が台金に形成されたネジ棒挿入孔に挿入されナットで締結されたメタルボンド砥石。
2. 台金にセグメント型の砥石チップを取り付けた砥石の製造方法であって、砥粒の結合材としてメタルボンドを使用し、雄ネジを形成した耐熱合金または耐熱鋼からなるネジ棒の雄ネジが形成された部分を砥材層に埋め込んで成形し焼成して砥石チップを作成し、この砥石チップの前記ネジ棒を台金に形成したネジ棒挿入孔に挿入し、ナットで締結することを特徴とするメタルボンド砥石の製造方法。
3. 前記ネジ棒の少なくとも砥材層に埋め込まれる部分の外面に金属メッキを施す請求項２記載のメタルボンド砥石の製造方法。

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