JP4674821B2 - 超砥粒ホイールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、超砥粒ホイールに関し、特に、レジンボンド超砥粒ホイールに関するものである。

超砥粒ホイールの製造方法において、チップを接着する方法には以下のことが知られている。
ビトリファイドボンドの超砥粒層が接着剤によって基台に固着された超砥粒ホイールにおいて、接着剤はエポキシ樹脂系接着剤で、熱膨張係数が１０×１０^−６／℃以下で、平均粒径が３０〜１００μｍの範囲内において略一定である、酸化物、炭化物、ちっ化物、ダイヤモンドの１種、又は２種以上を０．１〜５容量％含有し、かつ接着剤層は厚み３０μｍ以上であるビトリファイドボンド超砥粒ホイールが公知である。
（例えば、特許文献１参照）

別の文献としては、円環状のアルミ合金製基台にレジンボンド超砥粒層を結合したものを、セラミックスよりなる基台に結合した超砥粒ホイールが公知である。
（例えば、特許文献２参照）

また別の文献としては、超砥粒層チップの接着面に一定の高さの突起を設けて、接着剤層の厚みを一定にしたビトリファイドボンド超砥粒ホイールが公知である。
（例えば、特許文献３参照）

さらに別の文献としては、カーボン繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維などの強化繊維を含有する熱硬化性樹脂を基台とし、その外周にビトリファイド砥石をテーパ面で結合したビトリファイドボンドの在来砥石が公知である。
（例えば、特許文献４参照）

特開平１０−３１６９５２号公報 特開昭５８−１８１５７４号公報 特開平８−７１９２８号公報 特開２０００−７９５６５号公報

しかしながら、高速研削および重研削など超砥粒層に高い研削抵抗がかかる加工法では、上述の方法では超砥粒層と基台の接着強度が不足する問題が発生するおそれがあった。
本発明は、これらの問題点を解決することである。すなわち、超砥粒層と基台の接着強度が高く、安定した品質の超砥粒ホイールを提供することである。

本発明は、円環状の超砥粒層と、金属製基台が接着剤で結合された超砥粒ホイールであって、超砥粒層および金属製基台は、軸に対して同じ角度で傾斜するテーパ面が接合面となっており、接着剤層の厚みが３０μｍ〜２００μｍ、かつ、厚みのバラツキが１０μｍ以内であることを特徴とする超砥粒ホイールである。
図１に示すように、超砥粒層３の内周と、基台５の外周にテーパ加工を施す。超砥粒層のテーパ面角度βと、基台のテーパ面角度αは同一角度であることが必要であり、接着剤層の厚みＢのバラツキが１０μｍを超えないように高精度なテーパ加工が必須となる。ここでテーパ面角度（α、β）は軸に対する傾斜角度を示す。
接着剤層の厚みを限定したのは、３０μｍ未満では接着剤がすみずみまで十分に行き渡らず接着強度が低下するおそれがあるためであり、２００μｍを超える場合には接着剤層に気泡などを含有して接着強度が低下するおそれがあるからである。接着剤層の厚みは３０μｍ〜１８０μｍであることがより好ましく、４０μｍ〜１５０μｍであることが最も好ましい。
さらに接着剤層の厚みのバラツキが１０μｍ以内と限定したのは、バラツキが１０μｍを超えると接着強度が低下するおそれがあるためである。バラツキは５μｍ以内であることがより好ましい。金属製基台としては、各種金属材料を用いることができる。例えば、鋼、アルミ合金、銅合金、焼結合金、および超硬合金などを用いることが可能である。

本発明はより好ましくは、超砥粒層の内周側には超砥粒層と隣接してベース層が設けられ、ベース層の内周面にテーパ面が形成されていることを特徴とするものである。
超砥粒層には、ダイヤモンド粒子またはＣＢＮ粒子などの超硬質粒子を含有しているので、テーパ加工に長い工数を必要とする場合が考えられる。このような場合には、図３にしめすように、超砥粒層３の内周に隣接してベース層４を設ける。ベース層は超砥粒層と同じ結合材（ボンド）または類似した結合材を用いる。ベース層には超砥粒が含まれないので加工性は良好であり、短い工数で高精度にテーパ加工することができる。ベース層には、加工性に影響を及ぼさないような金属粉末、合金粉末、金属酸化物粉末、金属窒化物粉末、およびガラス粉末などを含有させることも可能である。

本発明は詳しくは、超砥粒層の結合材は、ポリイミド系樹脂を用いたレジンボンドであることを特徴とする。
レジンボンドの中でも、フェノール系樹脂、ビスマレイミド系樹脂は公知の方法で、焼成と同時に基台に結合することが可能である。しかしながら、ポリイミド系樹脂を用いたレジンボンドでは、基台が銅または銅合金である場合を除き、焼成と同時に基台に結合することが出来ない。そのため、ポリイミド系樹脂を用いたレジンボンドでは図５および図６に示すような、超砥粒層とベース層が一体となったものを焼成して製造し、その後、これを基台に接着剤で結合する方法が採用されてきた。しかしながら、高速研削および重研削など超砥粒層に高い研削抵抗がかかる加工法では、超砥粒層と基台の接着強度が不足する問題が発生するおそれがあったのである。以上の理由により、超砥粒層にポリイミド系樹脂を用いたレジンボンドが用いられる場合には、本発明を適用することが好ましい。

本発明は好ましくは、テーパ面の角度は、３度〜２５度であることを特徴とするものである。
テーパ面の角度を限定したのは、２度以下では接着剤が接合面のすみずみまで十分に行き渡らず接着強度が低下するおそれがあるためである。また２５度を超えると円環状の超砥粒層の半径方向の幅が広くなり超砥粒ホイールの設計上に支障となるおそれがある。さらに、接着時の加圧に対する反力はテーパ面に垂直な方向に生じるが、テーパ面の角度が２５度を超えると、前記反力は円環状の超砥粒層および金属製基台の中心軸方向の成分が大きくなり、加圧の僅かなアンバランスにより円環状の超砥粒層の中心軸と金属製基台との中心軸間にズレを生じやすく、接着剤層の厚み精度を得ることが困難となる。
テーパ面の角度は、３度〜２０度であることがより好ましく、４度〜１５度であることが最も好ましい。

本発明の超砥粒ホイールの製造方法は、超砥粒層の内周面および金属製基台の外周面にテーパ面を設ける工程と、超砥粒層および金属製基台の接着面をサンドブラスト等の表面処理によって粗面化する工程と、接着面に接着剤を塗布して金属製基台の接着面に超砥粒層の接着面が押し付けられるように接着剤が硬化するまで超砥粒層に軸方向から加圧しながら接着する工程と、接着剤が完全に硬化した後に機械加工および研削加工により超砥粒ホイールを所定の寸法に仕上げる工程とを含むものである。
図１は上述の工程を示す模式図である。超砥粒層３を公知の方法で製造する。それから基台５を準備する。基台の外周、および超砥粒層の内周をテーパ加工して、接着面をサンドブラスト法などによって粗面化する。その後それぞれの接着面に接着剤を塗布し、接着剤が硬化するまで、超砥粒層におもり等を載せて接着面へ加圧力が作用するようにする。接着剤が硬化後、公知の方法で機械加工および研削加工により超砥粒ホイールを所定の寸法に仕上げる工程を含む、超砥粒ホイールの製造方法である。

また別の本発明の超砥粒ホイールの製造方法は、ベース層の内周面および金属製基台の外周面にテーパ面を設ける工程と、ベース層および金属製基台の接着面をサンドブラスト等の表面処理によって粗面化する工程と、接着面に接着剤を塗布して、金属製基台の接着面にベース層の接着面が押し付けられるように接着剤が硬化するまで、超砥粒層に軸方向から加圧しながら接着する工程と、接着剤が完全に硬化した後に、機械加工および研削加工により超砥粒ホイールを所定の寸法に仕上げる工程とを含む超砥粒ホイールの製造方法。図３は上記の工程を示す模式図である。ベース層４付きの超砥粒層３を公知の方法で製造する。それから基台５を準備する。基台の外周、およびベース層の内周をテーパ加工して、接着面をサンドブラスト法などによって粗面化する。その後それぞれの接着面に接着剤を塗布し、接着剤が硬化するまで、超砥粒層におもり等を載せて接着面へ加圧力が作用するようにする。接着剤が硬化後、公知の方法で機械加工および研削加工により超砥粒ホイールを所定の寸法に仕上げる工程を含む、超砥粒ホイールの製造方法である。
なお、超砥粒層にポリイミド系樹脂を用いたレジンボンドが用いられる場合には、本発明を適用することが最も好ましい。

超砥粒層と基台の接着強度が高く、安定した品質の超砥粒ホイールを提供することができる。特に、高速研削および重研削など超砥粒層に高い研削抵抗がかかる加工法にも対応できる超砥粒ホイールを安定して提供することができる。

発明を実施するための最良の形態については、実施例の項で説明する。
表１における、試料番号２〜６、１１〜１３、１５〜１７、１９〜２２が本発明の実施例である。

本発明の実施例である、表１の試料番号２について説明する。
ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｂ ４１３１）で規定されている、タイプ１Ａ１（ストレートホイール）において、外径Ｄ＝Φ１５０ｍｍ、ホイールの厚さＴ＝８ｍｍ、砥粒層の厚さ＝５ｍｍ、ベース層の最大厚さＸ＝５ｍｍを製造して、本発明の効果を確認した。
図３に従って説明すると、まずアルミ合金の基台５と、ベース層４が付いたの超砥粒層３を成形した。超砥粒層はポリイミド系樹脂を結合材としたレジンボンドで、平均粒径が１２０μｍのダイヤモンド砥粒を２５容量％含有する。ベース層には同じポリイミド系樹脂を用いた。次に、基台の外周のテーパ面角度αを１０度に機械加工し、ベース層４のテーパ面角度βを１０度に機械加工し、サンドブラスト法で接着面を粗面化し、２００μｍの粒径を有するガラスビーズを５容量％含有するエポキシ樹脂系接着剤を塗布した。両者を組み合わせた後、超砥粒層には、おもりを載せて、接着剤が硬化するまでそのまま放置した。接着剤が完全に硬化した後で、基台とベース層を機械加工して所定の寸法し仕上げ、超砥粒層をツルーイング・ドレッシングしてレジンボンドホイールを完成した。
その後、図７に示す方法で接着強度を測定したところ、十分な圧縮せん断強度が得られた。なお、接着強度の測定には、万能試験機を用いた。ホイールの超砥粒層およびベース層には、幅１．５ｍｍの半径方向の溝を円周を１６等分するように基台に達するまで加工した。測定条件は、先端半径が１ｍｍの加圧くさびを下降速度１ｍｍ／ｍｉｎで下降させて、破断荷重を測定したものである。
さらに横軸平面研削盤に取り付けて、超硬合金を研削加工したところ良好な切れ味が長期間持続し、超砥粒層の摩耗も少なく長寿命であった。実験完了後に、ホイールを切断して接着剤層の厚みを測定したところ、接着剤層の厚みのバラツキは１０μｍ以内であった。

試料番号３〜６は本発明の実施例である。接着剤層の厚みを３０〜１５０μｍの範囲で変更した以外は、試料番号１と同じである。試料番号３〜６についても、接着強度を測定したところ、十分な圧縮せん断強度が得られた。さらに横軸平面研削盤に取り付けて、超硬合金を研削加工したところ良好な切れ味が長期間持続し、超砥粒層の摩耗も少なく長寿命であった。実験完了後に、ホイールを切断して接着剤層の厚みを測定したところ、接着剤層の厚みのバラツキは１０μｍ以内であった。

試料番号７〜９は比較例である。接着剤層の厚みを５〜２５μｍの範囲で変更した以外は、試料番号１および３〜６と同じである。しかしながら、試料番号７〜９は、十分な接着強度が得られなかった。接着剤が十分に行き渡らなかったのが原因と思われる。

試料番号１１〜１３は本発明の実施例である。接着剤層の厚みバラツキを１０μｍ以下として、その効果を確認したものであるが、すべてについて十分な接着強度が得られた。

試料番号１０は比較例である。接着剤層の厚みバラツキを１２μｍとして、その効果を確認したものであるが、十分な接着強度が得られなかった。

試料番号１５〜１７は本発明の実施例である。接着剤層の厚みを３０μｍとし、厚みのバラツキを１０μｍ以下で変化させたものであるが、すべてについて十分な接着強度が得られた。

試料番号１４は比較例である。接着剤層の厚みバラツキを１２μｍとして、その効果を確認したものであるが、十分な接着強度が得られなかった。

試料番号１９〜２２は本発明の実施例である。テーパ角度を３〜２５度の範囲で変化させたものであるが、すべてについて十分な接着強度が得られた。

試料番号１８、２３、２４は比較例である。テーパ角度を２５度を超える場合、３度未満の場合について確認してものであるが、十分な接着強度が得られなかった。

なお、図５および図６は従来の接合方法の一例を示すものであるが、接着剤層の厚み精度が得られにくいため、接着強度がばらつくおそれがある。この原因は、接着時に超砥粒層を接着面に加圧できないからであると考えられる。

本発明の製造工程を示す。 本発明のひとつの実施例を示す。 本発明の別の製造工程を示す。 本発明の別の実施例を示す。 従来例を示す。 別の従来例を示す。 接着強度の測定方法を示す。

符号の説明

１ 本発明の超砥粒ホイール
２ 本発明の別のタイプの超砥粒ホイール（ベース層付き）
３ 超砥粒層
４ ベース層
５ 基台
６ 接着剤層
Ｂ 接着剤層の厚み
Ｄ 超砥粒ホイールの外径
Ｔ 超砥粒ホイールの厚み
Ｘ 超砥粒層の厚み
Ｙ ベース層の厚み

Claims (6)

1. 円環状の超砥粒層と、金属製基台が接着剤で結合された超砥粒ホイールの製造方法であって、
   前記超砥粒層の内周面および前記金属製基台の外周面に前記テーパ面を設ける工程と、
   前記超砥粒層および前記金属製基台の接着面をサンドブラスト等の表面処理によって粗面化する工程と、
   前記接着面に接着剤を塗布して、前記金属製基台の接着面に前記超砥粒層の接着面が押し付けられるように接着剤が硬化するまで、超砥粒層に軸方向から加圧しながら接着する工程と、
   接着剤が完全に硬化した後に、機械加工および研削加工により超砥粒ホイールを所定の寸法に仕上げる工程とを含む、
   前記超砥粒層および前記金属製基台は、軸に対して同じ角度で傾斜するテーパ面が接合面となっており、
   接着剤層の厚みが３０μｍ〜２００μｍ、かつ、厚みのバラツキが１０μｍ以内であることを特徴とする、超砥粒ホイールの製造方法。
2. 前記超砥粒層の結合材は、ポリイミド系樹脂を用いたレジンボンドであることを特徴とする、請求項１記載の超砥粒ホイールの製造方法。
3. 前記テーパ面の角度は、３度〜２５度であることを特徴とする、請求項１または２記載の超砥粒ホイールの製造方法。
4. 超砥粒層の内周側には前記超砥粒層と隣接してベース層が設けられ、前記ベース層の内周面にテーパ面が形成されている円環状の前記超砥粒層と、
   金属製基台が接着剤で結合された超砥粒ホイールの製造方法であって、
   前記ベース層の内周面および前記金属製基台の外周面に前記テーパ面を設ける工程と、
   前記ベース層および前記金属製基台の接着面をサンドブラスト等の表面処理によって粗面化する工程と、
   前記接着面に接着剤を塗布して、前記金属製基台の接着面に前記ベース層の接着面が押し付けられるように接着剤が硬化するまで、超砥粒層に軸方向から加圧しながら接着する工程と、
   接着剤が完全に硬化した後に、機械加工および研削加工により超砥粒ホイールを所定の寸法に仕上げる工程とを含み、
   前記ベース層および前記金属製基台は、軸に対して同じ角度で傾斜するテーパ面が接合面となっており、
   接着剤層の厚みが３０μｍ〜２００μｍ、かつ、厚みのバラツキが１０μｍ以内であることを特徴とする、超砥粒ホイールの製造方法。
5. 前記超砥粒層の結合材は、ポリイミド系樹脂を用いたレジンボンドであることを特徴とする、請求項４記載の超砥粒ホイールの製造方法。
6. 前記テーパ面の角度は、３度〜２５度であることを特徴とする、請求項４または５記載の超砥粒ホイールの製造方法。

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