JP4408867B2 - 回転砥石 - Google Patents

Description

本発明は、外部からの圧力等による破壊を抑制することを可能とした回転砥石に関する。

回転砥石においては、砥粒を結合材で結合して砥粒層が形成されているが、研削性能を良好な状態で維持し、作業時の安全性を確保するためには、砥粒層の強度が保証され破損しにくいことが求められる。
砥粒層の強度を確保する目的で、砥粒層に金属のメッシュを混入させたものや、繊維状の物質を含有させたものが知られている。

例えば、砥粒層に繊維状の物質を含有させたものの一例が、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５に記載されている。

特開昭６３−５２９７２号公報 特開昭６３−３４０７３号公報 特開平１１−１５１６７３号公報 特許第３２６１７１２号公報 特開２００２−１１３６６５号公報

特許文献１には、結合材である硬化樹脂中にシリコン系繊維や炭素繊維などの短繊維を分散含有させたレジノイド砥石が記載されている。特許文献２には、金属被膜を施した炭素繊維を分散させたメタルボンド砥石が記載されている。特許文献３には、結合材であるポリビニルアセタール系樹脂に短繊維を含有した弾性砥石が記載されている。特許文献４には、熱硬化性樹脂にアルミナ質長繊維を含有した研磨材料が記載されている。特許文献５には、樹脂結合相中にカーボンファイバーとＳｉＣとがフィラーとして分散配置されたレジンボンド砥石が記載されている。

しかし、金属のメッシュを混入させたものでは、金属メッシュが加工時の抵抗となるため切れ味が低下する。また、特許文献１から５に記載された繊維状の物質を含有させたものではいずれも、繊維は結合材中で分散した状態で含有されているため、外圧等によって曲げられたときに、砥粒層を同様に破壊しやすく、砥粒層の破壊を防止するという観点からはその効果は十分ではない。また、繊維は結合材中で分散しているため、繊維を含有させたことによる効果が十分に得られない。
本発明者は、上記の問題点を解決するために、繊維状物質を取り付けた回転砥石を発明し、特願２００５−１５７７４３号において出願した。しかし、更なる検討の結果、改良の余地があることが分かった。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、外部からの圧力等による破壊を抑制して、研削性能を良好な状態で維持し、作業時の安全性を確保することが可能な回転砥石を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の回転砥石は、円盤状の基板の外周側に砥粒層が設けられた回転砥石において、繊維を螺旋状に形成してなる複数の螺旋状繊維の一端が基板と砥粒層の境界部に基板の周方向に沿って一定間隔ごとに取り付けられ、各螺旋状繊維の他端が隣り合う一方の螺旋状繊維に近づく方へ傾斜して配置されて砥粒層が形成されていることを特徴とする。
螺旋状繊維の一端が基板と砥粒層の境界部に任意に取り付けられて砥粒層が形成されていることにより、砥粒層に対して破断力が作用しても、破断力に応じて螺旋状繊維が伸びることによって、砥粒層の破断を抑制することができる。

本発明においては、前記螺旋状繊維は、炭素繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、金属繊維のいずれかからなることを特徴とする。
これらの繊維は引っ張り強度が３００Ｎ／ｍｍ²以上であるため、砥粒層の分断を防止するためには好適である。

本発明においては、前記螺旋状繊維は、螺旋のピッチを繊維の直径以上繊維の直径の３倍以下、螺旋の直径を５μｍ以上５００μｍ以下、長さを砥粒層の高さの１／２以上であって、砥粒層の高さ方向に対して垂直な方向についての砥粒層の長さ以下としたものであることを特徴とする。
螺旋の直径が５μｍ未満であると、螺旋の断面積が小さくなり、強度が不足して砥粒層の分断防止効果が小さくなって好ましくなく、５００μｍを超えると、砥粒層の焼結時または成形時の障害となって好ましくない。

また、螺旋のピッチはその構造上繊維の直径未満とはなりえず、また、繊維の直径の３倍を超えると、砥粒層の保持力が強くなって繊維が砥粒層から抜けにくくなって好ましくない。また、螺旋状繊維の長さが砥粒層の高さの１／２未満であると、砥粒層の分断防止効果が小さくなって好ましくなく、砥粒層の高さ方向に対して垂直な方向についての砥粒層の長さを超えると、繊維状物質が砥粒層の外部に出てしまい、外部に出た部分が無駄となるため好ましくない。

本発明においては、前記螺旋状繊維の含有量は、砥粒層を構成する結合材に対して０．１体積％以上１０体積％以下であることを特徴とする。
繊維状物質の含有量が０．１体積％未満であると、繊維状物質の量が少ないために、砥粒層の分断が起こりやすくなって好ましくなく、１０体積％を超えると、砥粒層中の砥粒と結合材の絶対量が低下するため、寿命が著しく低下する。

本発明においては、前記螺旋状繊維は芯材の周囲を螺旋状に巻かれて形成されていることを特徴とする。
螺旋状繊維の内部に結合材が入り込むと、螺旋状繊維が結合材によって固定されて、螺旋状繊維の伸長が妨げられやすいが、芯材の周囲を螺旋状に繊維を巻いて螺旋状繊維が形成されていると、螺旋状繊維の内部に結合材が入り込むことを阻止することができ、螺旋状繊維の伸長が妨げられることがない。

本発明によると、砥粒層に対して破断力が作用しても、破断力に応じて螺旋状繊維が伸びることによって、砥粒層の破断を抑制することができる。

以下に、本発明をその実施形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施形態に係る回転砥石を示す。
図１（ａ）に示すように、切断砥石１においては、円盤状の基板２の外周側に砥粒層３が設けられており、基板２の中心には、取付用の穴４が設けられている。基板２と砥粒層３の境界部に、スポット溶接等により、螺旋状繊維５の一端が取り付けられて砥粒層３が形成されている。スポット溶接によると、螺旋状繊維５を強固に取り付けることができ、その結果、砥粒層３の内部の任意の場所に螺旋状繊維５を配置することができる。

図１（ｂ）に、螺旋状繊維５の詳細を示す。この螺旋状繊維５は、直径が５μｍ〜２０μｍの単繊維を集合させて直径１００μｍ以上の集合繊維としたもの、または直径が１００μｍ〜５００μｍの単繊維を螺旋状にして形成され、螺旋状繊維５の螺旋のピッチＰを繊維の直径以上繊維の直径の３倍以下とし、直径Ｄを５μｍ以上５００μｍ以下としている。螺旋状繊維５は、芯材６の周囲を螺旋状に巻かれて形成されている。
図１（ｃ）は、螺旋状繊維５の長さを示しており、螺旋状繊維５の長さは、砥粒層３の高さの１／２以上であって、砥粒層３の高さ方向に対して垂直な方向についての砥粒層の長さ以下としている。ここで、砥粒層３の高さとは、図１（ｃ）において直線Ａで示す長さであり、砥粒層３の高さ方向に対して垂直な方向についての砥粒層の長さとは、図１（ｃ）において直線Ｂで示す長さである。

図２に、砥粒層の破断の際における螺旋状繊維の機能について説明する。図２（ａ）に示す状態で砥粒層３に対して破断力が作用すると、螺旋状繊維５はこの破断力に応じて伸びることによって、砥粒層３が破断されることを抑制する。図２（ｂ）は、砥粒層３が破断した状態を示しており、破断した状態においても、分離した砥粒層３ａは、基板２に固定された砥粒層３ｂと螺旋状繊維５によって連結されており、分離した砥粒層３ａが飛び散ることはない。

このように、螺旋状繊維５が砥粒層３の破断を防止するためには、破断力に応じて螺旋状繊維５が伸びることが必要である。螺旋状繊維５の内部に結合材が入り込むと、螺旋状繊維５が結合材によって固定されて、螺旋状繊維５の伸長が妨げられやすい。そこで、図１（ｂ）に示すように、芯材６の周囲を螺旋状に繊維を巻いて螺旋状繊維５が形成されていると、螺旋状繊維５の内部に結合材が入り込むことを阻止することができ、螺旋状繊維５の伸長が妨げられることがない。芯材６の素材として、炭素、アルミナ、シリカ、金属繊維等を用いることができる。なお、用途によっては、芯材６を用いなくてもよい。

以下に、試験例を示す。
砥粒層についてのテストピースを作製し、螺旋状繊維５を取り付けたテストピースと、螺旋状繊維５を取り付けていないテストピースとについて、破壊試験を行った。用いたテストピースの寸法は、４０Ｌ×４Ｔ×７Ｗである。
試験条件は表１の通りである。

試験結果を表２に示す。表２における発明品１、発明品２、発明品３、比較品１、比較品２のベースボンドは、Ｎｉ−Ｗ−ブロンズ系ボンドを用いた。

表２に示すように、螺旋状繊維の含有率が２０体積％のときは、螺旋状繊維の含有率が多すぎて砥粒層中の砥粒と結合材の絶対量が低下して、テストピースを製造することができなかった。また、螺旋の径が１．０ｍｍのとき（比較品２）は、螺旋状繊維の存在が砥粒層の焼結時または成形時の障害となり、テストピースを製造することができなかった。

表２におけるａ、ｂ、ｃは、それぞれのテストピースの破壊状況を示す図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）に対応する。図３（ｄ）は図３（ｃ）を拡大して示している。
図３（ａ）では、テストピースが破断されているが、図３（ｂ）では、テストピースは破壊されているものの、破断面において螺旋状繊維が突出しており、繊維の伸びの後、破断したという状況となっている。また、図３（ｃ）では、螺旋状繊維が取り付けられていることによってテストピースは分断されていない。

発明品１、発明品２では、螺旋状繊維の含有率が０．１体積％以上１０体積％以下の範囲で、分断されないｃの状態、または破断面において螺旋状繊維が突出したｂの状態となっており、この範囲内において、繊維状物質を含ませた効果が得られている。また、発明品３では、分断されないｃの状態がより現れるようになり、繊維状物質を含有することによる破断防止の効果がさらに良く得られている。表２においてｂまたはｃとしているのは、ある確率をもってｂまたはｃのいずれかの結果となることを意味する。

これに対し、比較品１では、螺旋の直径が０．００５ｍｍ未満であるため、螺旋状繊維の断面積が小さくなり、砥粒層の分断防止効果が得られていない。
このように、螺旋状繊維５を取り付けることによって、外部からの圧力が加わったときに、破断を抑制する効果を持つことが実証されている。

本発明は、外部からの圧力等による破壊を抑制して、研削性能を良好な状態で維持し、作業時の安全性を確保することが可能な回転砥石として利用することができる。

本発明の実施形態に係る回転砥石の構造を示す図である。 砥粒層の破断の際における螺旋状繊維の機能についての説明図である。 テストピースの破壊状況を示す図である。 テストピースの破壊状況を示す図である。 テストピースの破壊状況を示す図である。 テストピースの破壊状況を示す図である。

符号の説明

１ 切断砥石
２ 基板
３、３ａ、３ｂ 砥粒層
４ 穴
５ 螺旋状繊維
６ 芯材

Claims (5)

1. 円盤状の基板の外周側に砥粒層が設けられた回転砥石において、繊維を螺旋状に形成してなる複数の螺旋状繊維の一端が基板と砥粒層の境界部に基板の周方向に沿って一定間隔ごとに取り付けられ、各螺旋状繊維の他端が隣り合う一方の螺旋状繊維に近づく方へ傾斜して配置されて砥粒層が形成されていることを特徴とする回転砥石。
2. 前記螺旋状繊維は、炭素繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、金属繊維のいずれかからなることを特徴とする請求項１記載の回転砥石。
3. 前記螺旋状繊維は、螺旋のピッチを繊維の直径以上繊維の直径の３倍以下、螺旋の直径を５μｍ以上５００μｍ以下、長さを砥粒層の高さの１／２以上であって、砥粒層の高さ方向に対して垂直な方向についての砥粒層の長さ以下としたものであることを特徴とする請求項１または２記載の回転砥石。
4. 前記螺旋状繊維の含有量は、砥粒層を構成する結合材に対して０．１体積％以上１０体積％以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の回転砥石。
5. 前記螺旋状繊維は芯材の周囲を螺旋状に巻かれて形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の回転砥石。